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【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8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。ポールコア116の両端面には、内部に冷却風を吸い込むための冷却ファン118、119が取り付けられている。
【0004】
そして、集電装置107は、2個の金属質集電環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、これらの金属質集電環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、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個の炭素質刷子123、これらの炭素質刷子123を収容する刷子支持器124、および2個の炭素質刷子123を2個の金属質集電環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個の炭素質刷子123は、炭素質部材により作られている。また、2個の炭素質刷子123は、刷子接続端子(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、刷子支持器124は、刷子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個の金属質集電環121を保護する集電環カバー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8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に近接して刷子支持器124を設置している。このため、2個の炭素質刷子123の長寿命化のために、刷子支持器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、刷子支持器124と2個の金属質集電環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、2個の炭素質刷子123が炭素質部材で作られていることから、2個の炭素質刷子123において2個の金属質集電環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、適度の面積(大きさ)とコイルスプリング125の押圧力(バネ荷重)とが必要である。したがって、車両用交流発電機100を小型化するために、2個の炭素質刷子123の接触部分の表面積を小さくすると、電流密度が大きくなり、2個の炭素質刷子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】
ここで、小型直流回転電機(例えばモーター類)においては、固定側刷子を金属質部材(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異常摩耗が発生する。このため、低電圧で定速回転の場合しか使用されておらず、車両用交流発電機のような高速回転で使用されるものには上記の構造は採用されなかった。
【0010】
【発明の目的】
請求項1に記載の発明の目的は、固定側刷子を軽量化してバネ荷重を軽減することにより固定側刷子の振動による影響を抑えて長寿命化を達成できる発電機を提供することにある。また、自己潤滑性があり高速回転でも安定した摩耗と給電を確保できる発電機を提供することにある。さらに、電気接続装置を大幅に軽量、小型化できる発電機を提供することにある。
【0013】
請求項1に記載の発明の目的は、刷子固定部に接触圧が加わらないようにできる発電機を提供することにある。また、固定側刷子から集電環へ安定した給電を行うことのできる発電機を提供することにある。
請求項2に記載の発明の目的は、固定側刷子を大幅に軽量、小型化できる発電機を提供することにある。
請求項1および請求項2に記載の発明の目的は、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のできる発電機を提供することにある。
【0014】
請求項に記載の発明の目的は、刷子接続端子の価格を低下させることにより製品コストを低減化できる発電機を提供することにある。
請求項に記載の発明の目的は、被水等の異物の浸入を防止でき、且つ固定側刷子と集電環との摺動により発生する摩耗粉の飛散を防止できる発電機を提供することにある。
【0015】
請求項に記載の発明の目的は、集電環を銅合金の発泡骨格金属を金属母体とした炭素粉末で作ることにより、集電環を炭素単体で作る場合と比較して導電性および強度を向上できる発電機を提供することにある。
請求項および請求項に記載の発明の目的は、シャフトの径方向に大きな取付スペースを設けることなく、刷子固定部と固定側刷子との結合を行えるようにして、電気接続装置の小型化を図ることのできる発電機を提供することにある。
【0016】
請求項に記載の発明の目的は、固定側刷子と刷子接続端子とを確実に接続できる発電機を提供することにある
【0017】
請求項9に記載の発明の目的は、固定側刷子を大幅に軽量、小型化できる発電機を提供することにある。
【0018】
請求項9に記載の発明の目的は、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のできる発電機を提供することにある
【0019】
【課題を解決するための手段】
請求項1および請求項2に記載の発明によれば、シャフトの回転により、集電環の外周を固定側刷子が摺動するが、固定側刷子が金属質部材で作られ、集電環が炭素質部材で作られていることにより、高速回転でも安定した摩耗と給電が確保される。また、固定側刷子の重さが軽量となるので、固定側刷子のバネ荷重が低減することにより大幅に集電環および固定側刷子の摩耗が少なくなり、且つ振動による固定側刷子の不具合が回避される。
【0020】
すなわち、集電環が炭素質部材で作られていることにより、集電環の自身の摩擦係数を軽減できるので、自己潤滑性を備える。そして、集電環が炭素質部材で作られていることにより、固定側刷子を金属質部材で作って、その固定側刷子を集電環の外周に高速で摺動させても安定した摩耗と界磁コイルへの給電を確保できる。さらに、固定側刷子を軽量化してバネ荷重を軽減することにより摩耗が大幅に低減され、且つ固定側刷子の振動による不具合を抑えることにより固定側刷子の寿命を長期化できる。したがって、発電機の長寿命化を達成できる。
【0021】
また、固定側刷子を金属質部材で作ることにより、摩耗し難くなるので、従来の摩耗部材で作った刷子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、固定側刷子を薄くできるので、電気接続装置を大幅に軽量、小型化できる。したがって、発電機の体格を縮径できるので、発電機を軽量、小型化できる。
【0024】
請求項1に記載の発明によれば、固定側刷子が刷子固定部に保持され、固定側刷子が集電環の回転方向の前方側と後方側との両方で集電環に接触しているので、固定側刷子が剥離し易い方向に過大な振動が発生して、一方が集電環より剥離しても他方が集電環の外周に密着することになるので、固定側刷子から集電環へ安定した給電を行うことができる。また、固定側刷子に面取り形状を成す延長片を形成することにより、固定側刷子が集電環の軸方向の前方側と後方側とのいずれか一方に滑らかに移動できるので、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。
【0025】
請求項2に記載の発明によれば、固定側刷子が刷子固定部に保持され、固定側刷子が集電環の回転方向の前方側と後方側との少なくとも一方で集電環に接触しているので、固定側刷子から集電環へ安定した給電を行うことができる。また、固定側刷子に面取り形状を成す延長片を形成することにより、固定側刷子が集電環の軸方向の前方側と後方側とのいずれか一方に滑らかに移動できるので、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。
【0026】
請求項に記載の発明によれば、刷子接続端子が固定側刷子を機械的および電気的に接続することにより、刷子接続端子と固定側刷子との間で安定した給電を行うことができる。また、刷子接続端子を固定側刷子を形成する金属質部材と異なる金属質部材で作ることにより、固定側刷子または刷子接続端子の価格を低下できるので、発電機の製品コストを低減化できる。
【0027】
請求項に記載の発明によれば、収容室形成部材が集電環と固定側刷子とを収容する円筒状の収容室を形成することにより、被水等の異物が集電環と固定側刷子との接触部分に浸入することを抑制できると共に、固定側刷子と集電環との摺動により発生する摩耗粉の飛散を抑制できる。
【0028】
請求項に記載の発明によれば、集電環を銅合金の発泡骨格金属を金属母体とした炭素粉末で作ることにより、集電環を炭素単体で作る場合と比較して導電性および強度を向上できる。
請求項に記載の発明によれば、固定側刷子とシャフトの軸方向に沿ってのみ結合するような形状に刷子固定部を形成することにより、シャフトの径方向に大きな取付スペースが必要とならず、発電機の体格を縮径できるので、発電機を軽量、小型化できる。
【0029】
請求項に記載の発明によれば、集電環と固定側刷子とを収容する円筒状の収容室を形成する収容室形成部材に刷子固定部が設けられていることにより、被水等の異物が固定側刷子と刷子固定部との接続部分に浸入することを抑制できる。
【0030】
請求項に記載の発明によれば、シャフトの径方向に大きな取付スペースを必要とすることなく、刷子接続端子と固定側刷子とをシャフトの軸方向に沿って機械的および電気的に接続することにより、刷子接続端子と固定側刷子との間で安定した給電を行うことができる。
【0034】
請求項に記載の発明によれば、固定側刷子を板材で作ることにより、固定側刷子を薄くすることができるので、電気接続装置を大幅に軽量、小型化できる。したがって、発電機の体格を縮径できるので、発電機を軽量、小型化できる。
固定側刷子の延長部のバネ力によって接触子を集電環に押し付けるようにすることにより、スプリングがなくても固定側刷子が集電環側に付勢する。これにより、集電環に対する固定側刷子の接触圧を十分に確保することができるので、安定した給電状態を確保することができる。
【0037】
請求項に記載の発明によれば、固定側刷子の延長部の先端に設けられた接触子の開口側に面取り形状を成す延長片を形成することにより、固定側刷子が集電環の軸方向の前方側と後方側とのいずれか一方に滑らかに移動できるので、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。
【0039】
【発明の実施の形態】
〔実施例の構成〕
図1ないし図6はこの発明の発電機を車両用交流発電機に適用した実施例を示したもので、図1は車両用交流発電機の電気接続装置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および図4は車両用交流発電機の主要部構造を示した図であり、図5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。
【0040】
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。
【0041】
〔ハウジングの説明〕
次に、ハウジング2について図2ないし図6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(ドライブフレームとも言う)11およびリヤハウジング(リヤフレームとも言う)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。
【0042】
また、フロントハウジング11には、シャフト5のフロント側(前端側)を回転自在に支持する軸受としてのフロントベアリング(軸受)15がボス部(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としてのリヤベアリング16がボス部(軸受保持部)18に圧入およびかしめによって固定されている。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。
【0043】
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の下部には、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。
【0044】
〔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。
【0045】
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。
【0046】
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。
【0047】
〔ロータの説明〕
次に、ロータ4について図2に基づいて説明する。このロータ4は、界磁装置として働く部分で、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。
【0048】
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とも言う)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35が全てN極になり、他方の爪状磁極部36が全てS極になる。そして、他方の爪状磁極部36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。
【0049】
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37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(回転子巻線とも言う)である。なお、コイルボビン37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。
【0050】
〔シャフトの説明〕
次に、シャフト5について図2に基づいて説明する。このシャフト5は、ハウジング2のボス部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)38が座付きナット39とフロントベアリング15との間に締結固定されている。
【0051】
このVリブドプーリ38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38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。
【0052】
〔集電装置の説明〕
次に、集電装置6について図1ないし図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41、およびこれらの炭素質集電環41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とも言う)42(図3参照)等から構成されている。
【0053】
2個の炭素質集電環41は、所謂スリップリングであって、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、互いに電気的に独立した2個の円環状集電環本体である。これらの炭素質集電環41は、後記する電気絶縁性の樹脂質部材によって、シャフト5の他端部の外周にシャフト5の軸方向に所定間隙を隔てて横並びで保持され、且つ電気的に絶縁されている。2個の炭素質集電環41にコネクションバー42の一端がインサート成形されることで両者が機械的、且つ電気的に接続される。これらの炭素質集電環41の材質としては、炭素(カーボン)質部材(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)が使用されている。なお、コネクションバー42は、界磁コイル34の端末線が半田付け等の手段により電気的に接合されている。
【0054】
〔送風装置の説明〕
次に、送風装置7について図1ないし図4に基づいて説明する。この送風装置は、電気絶縁性の樹脂質部材で成形され、2個の炭素質集電環41および2個のコネクションバー42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個の炭素質集電環41と2個のコネクションバー42との接続箇所を保護する端子保護部材でもある。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サルファイド樹脂(PPS樹脂)を使用することが望ましい。
【0055】
送風装置7は、遠心式ファンの冷却翼を構成する複数のブレード43、これらのブレード43を支持する円環状の支持板部(ベース板)44、および2個の炭素質集電環41と2個のコネクションバー42の軸方向部分をインサート成形した筒状の集電環固定部45等から構成されている。ブレード43は、図3および図4に示したように、支持板部44の外周部の端面上に円環状に複数配列されている。支持板部44は、ポールコア33の集電環側端面(後端側の側面)に固定され、2個のコネクションバー42の径方向部分をインサート成形している。集電環固定部45は、2個の炭素質集電環41および2個のコネクションバー42の軸方向部分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。
【0056】
〔刷子装置の説明〕
次に、刷子装置8について図1ないし図6に基づいて説明する。この刷子装置8は、2個の炭素質集電環41のそれぞれの外周に接触する互いに電気的に独立した2個の金属質刷子51、これらの金属質刷子51を支持固定する収容室形成部材52、およびこの収容室形成部材52にインサート成形された接続ターミナル53、54等から構成されている。
【0057】
各金属質刷子51は、本発明の固定側刷子であって、プレス加工のみにより一体成形され、2個の炭素質集電環41を介して界磁コイル34に励磁電流を供給するブラシである。これらの金属質刷子51の材質としては、金属質部材(例えば銅合金のバネ材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)が使用されている。
【0058】
そして、金属質刷子51には、炭素質集電環41を囲むように形成された半円弧形状の刷子本体55、およびこの刷子本体55より収容室形成部材52側に突出した刷子被固定部56がそれぞれ形成されている。この刷子本体55は、刷子被固定部56から炭素質集電環41の外周に沿って円弧形状に延びる板状の延長部(アーム部)551、552と、これらの先端に設けられ、炭素質集電環41の外周面と摺動接触する2個の接触子57、58とを備えている。
【0059】
そして、刷子本体55は、基端部(頂端部)55aから炭素質集電環41の回転方向の前方側(リーディング側)と後方側(トレーリング側)との両方に延びていて、前方側と後方側との両方の接触子57、58で炭素質集電環41と接触している。すなわち、刷子本体55は、図1に示したように、両方の延長部551、552の先端間(両方の接触子57、58間)寸法Aと炭素質集電環径Bとの寸法差(B−A)の締め代により炭素質集電環41へ押圧され両方の接触子57、58で炭素質集電環41の外周面と接触するように半円弧形状(馬蹄形状)に形成されている。なお、刷子本体55が基端部55aから炭素質集電環41の回転方向の前方側と後方側とのいずれか一方のみに延びて炭素質集電環41と接触していても良い。
【0060】
2個の接触子57、58は、各炭素質集電環41の外周面を摺動する摺動部分である。そして、これらの接触子57、58は、刷子本体55のバネ特性により各炭素質集電環41との接触圧を確保している。2個の接触子57、58の軸方向の両方の開口側からは、4個の延長片57a、57b、58a、58bが突き出している。4個の延長片57a、57b、58a、58bは、集電環41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、且つ各接触子57、58の軸方向に対して外側に副った形状(面取り形状)に形成されている。
【0061】
刷子被固定部56は、金属質刷子51の材質として銅合金のバネ材を使用していることから、つまりバネ材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53、54と電気的および機械的に固定されている。このため、この実施例の刷子被固定部56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。
【0062】
すなわち、刷子被固定部56は、図1に示したように、刷子本体55の基端部55aより軸方向に突出した突出片56a、およびこの突出片56a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係止片56b、56cを有している。そして、刷子被固定部56は、接続ターミナル53、54の先端部が突出片56aと係止片56b、56cとの間に挿入されることにより、突出片56aと係止片56b、56cとの間で接続ターミナル53、54の先端部を挟持する。
【0063】
以上のようにして、一方の炭素質集電環41と一方の金属質刷子51とが電気的に接続される。同様にして、他方の炭素質集電環41と他方の金属質刷子51とが電気的に接続される。このように2対の炭素質集電環41と金属質刷子51とによって電気接続装置が構成されている。これにより、接続ターミナル53、一方の金属質刷子51、一方の炭素質集電環41、一方のコネクションバー42、界磁コイル34、他方のコネクションバー42、他方の炭素質集電環41、他方の金属質刷子51、および接続ターミナル54の経路で通電経路が形成される。
【0064】
なお、図2には、シャフト5のポールコア33側の炭素質集電環41と金属質刷子51との接続状態が図示されている。但し、理解を容易にするために、接触子57および刷子被固定部56の周方向の位置関係は模式的に図示されている。これらの部分の周方向の配置は、図6のようである。すなわち、2個の金属質刷子51は、シャフト5の周方向に所定距離だけ離れて固定されている。また、図3に示したように、2個の金属質刷子51は、シャフト5の軸方向に所定距離だけ離れて固定されている。
【0065】
収容室形成部材52は、電気絶縁性の樹脂質部材(例えばPPS樹脂等)よりなる。この収容室形成部材52は、2個の金属質刷子51を保持固定する刷子保持部(ブラシホルダとも言う)59、およびこの刷子保持部59の前端側より軸方向の前方側へ延長された集電環カバー61を一体成形している。刷子保持部59は、接続ターミナル53、54をインサート成形しており、接続ターミナル53、54の各々の両端部を突出した状態で接続ターミナル53、54を保持している。
【0066】
集電環カバー61は、ポールコア33側が開口した円筒形状に形成されており、集電環固定部45と共に、2個の炭素質集電環41および2個の金属質刷子51を収容し、且つ2個の炭素質集電環41の外周を取り囲む円筒状の収容室48を区画形成する所謂スリップリングカバーである。また、この集電環カバー61の外周と送風装置7の環状ブレード列の内周との間には、図3に示したように、円環状空間49が区画形成されている。この円環状空間49は、送風装置7の環状ブレード列の全周に向けて均等に吸い込み側空間を形成する。
【0067】
接続ターミナル53は、本発明の刷子固定部、刷子接続端子であって、断面形状が略L字状に形成され、電圧調整装置10の励磁電流出力ターミナル69に固定ねじ70により締結固定されて電気的に接続された給電端子である。接続ターミナル54は、本発明の刷子固定部、刷子接続端子であって、接続ターミナル53に対して逆側に延びるように断面形状が略逆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給電端子である。
【0068】
なお、接続ターミナル53、54は、シャフト5の軸方向に沿ってのみ金属質刷子51の刷子被固定部56と結合する形状に形成されている。すなわち、接続ターミナル53、54の先端部は、図1に示したように、刷子被固定部56の突出片56aと係止片56b、56c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。
【0069】
また、図5には、周方向に並べて露出した接続ターミナル53、54が図示されている。これらの接続ターミナル53、54は、2個の炭素質集電環41に対応して軸方向に離れて配置されている。そして、一つの接続ターミナル53に一つの金属質刷子51の刷子被固定部56が固定され、他の接続ターミナル53に他の金属質刷子51の刷子被固定部56が固定される。このため、2個の金属質刷子51は、2個の炭素質集電環41の軸方向位置に対応して軸方向に互いに離れで保持されると共に、接続ターミナル53、54の位置に対応して周方向にも互いに離れて保持される。この構成により、半円弧形状の2つの金属質刷子51を円筒状の空間内に配置することができる。
【0070】
〔三相整流装置の説明〕
次に、三相整流装置9について図2、図3、図5および図6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。
【0071】
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54および正極側冷却フィン73に図示しない固定ねじ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とも言う)で、車両用交流発電機1のB端子を構成する。
【0072】
正極側冷却フィン73は、負極側冷却フィン74と共に収容室形成部材52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フレーム12の内側面に固定されている。負極側冷却フィン74は、リヤフレーム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。
【0073】
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個ずつの正極側、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個ずつの正極側、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。
【0074】
3個ずつの正極側、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個ずつの正極側、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個ずつの正極側、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。
【0075】
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。
【0076】
〔電圧調整装置の説明〕
次に、電圧調整装置10について図2、図3、図5および図6に基づいて説明する。この電圧調整装置10は、所謂ICレギュレータであって、励磁電流出力ターミナル69、集積回路(図示せず)およびケーシング62等から構成されている。
【0077】
励磁電流出力ターミナル69は、電圧調整装置10の外部接続端子であって、リヤハウジング12に固定されるケーシング62に保持され、且つ接続ターミナル53を介して2個の金属質刷子51に固定ねじ70を用いて機械的に接続されている。これにより、励磁電流出力ターミナル69は、収容室形成部材52および2個の金属質刷子51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。
【0078】
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。
【0079】
ケーシング62は、電気絶縁性の樹脂質部材(例えばPPS樹脂等)で作られ、リヤハウジング12に固定ねじ65により締結固定されるブラケット66を有している。また、ケーシング62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。
【0080】
〔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6に基づいて簡単に説明する。
【0081】
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38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個の炭素質集電環41が回転する。
【0082】
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54→一方の金属質刷子51→一方の炭素質集電環41→一方のコネクションバー42→界磁コイル34→他方のコネクションバー42→他方の炭素質集電環41→他方の金属質刷子51→接続ターミナル53→励磁電流出力ターミナル69→電圧調整装置10→リヤフレーム12→ボディのように励磁電流が流れる。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35、36が磁化する。これにより、一方の爪状磁極部35が全てN極になり、他方の爪状磁極部36が全てS極になる。
【0083】
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。
【0084】
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。
【0085】
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個の炭素質集電環41と収容室形成部材52に保持された接続ターミナル53、54に機械的に固定された2個の金属質刷子51とが高速回転で摺動して摩耗する。
【0086】
しかるに、2個の炭素質集電環41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、炭素質集電環41自身の摩擦係数を軽減することにより、従来の銅合金製の金属質集電環と比較して炭素質集電環41の摩耗量が大幅に軽減される。また、2個の金属質刷子51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個の金属質刷子51の摩耗量が大幅に軽減される。したがって、2個の炭素質集電環41および2個の金属質刷子51の耐久寿命を長期化することができる。
【0087】
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の側面に固定された送風装置7の複数のブレード43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。
【0088】
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および図3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冷却風によって直接冷却される。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。
【0089】
なお、この実施例では、送風装置7の環状ブレード列の径方向の内側に2個のの炭素質集電環41および2個の金属質刷子51とが配置されており、収容室形成部材52の集電環カバー61の外周と送風装置7の環状ブレード列との間に円環状空間49を形成している。これにより、送風装置7の複数のブレード43の内周側の円環状空間49内に冷却風の通過を妨げるような部材が存在しないので、通風口20より吸い込まれた冷却風が集電環カバー61の外周側を通って複数のブレード43の内周部分にスムーズに冷却風が吸い込まれることにより、送風装置7の騒音を抑えることができる。さらに、充分な風量の冷却風を得ることができるので、各電気部品の冷却効率を向上できると共に、発電効率を向上できる。
【0090】
そして、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を通って異物がハウジング2内に侵入すると、炭素質集電環41と金属質刷子51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、収容室形成部材52の集電環カバー61によって、2個の炭素質集電環41の周囲を囲むように円筒形状の収容室48を区画形成しており、しかも集電環カバー61の開口側が送風装置7の複数のブレード43の径方向の内側に位置するので、炭素質集電環41と金属質刷子51との摺動部分への水や埃等の異物が侵入し難い。
【0091】
〔実施例の効果〕
先ず、車両用交流発電機1の固定側刷子として金属質部材により製作された2個の金属質刷子51を使用した場合の効果について説明する。
【0092】
従来のように固定側刷子として炭素質部材により製作された炭素質刷子123を使用した場合には、接触電気抵抗を小さくするために、炭素の中に銅粉を混合して接触電気抵抗と炭素質刷子123の摩耗寿命によりその配合比を決めていた。そして、銅粉等の金属質部材を炭素に配合することにより、炭素質刷子123の重量が重たくなるため振動による不具合を考慮しなければならなかった。なお、固定側刷子の耐振動は、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。
【0093】
【数1】
耐振動∝{(k×バネ荷重)/(固定側刷子重さ)}+{スプリング重さ}
ここで、固定側刷子(刷子本体)の重量を軽量化すると、固定側刷子のバネ荷重を小さくできることが分かる。
【0094】
この発明では、固定側刷子としてスプリングおよびピグテールを兼ねた金属質刷子51を使用し、この金属質刷子51の材質として銅合金のバネ材(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、金属質刷子51の重量、特に刷子本体55の重量を大幅に軽量化している。
【0095】
これにより、金属質刷子51のバネ荷重を従来の炭素質刷子123と比較して大幅に低減できるので、金属質刷子51の摩耗量が大幅に低減でき、且つ金属質刷子51の振動による不具合を抑制できることにより金属質刷子51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。
【0096】
また、図1に示したように、金属質刷子51の刷子本体55の形状を略半円弧形状に形成し、しかも炭素質集電環41を2個の接触子57、58で挟み込むようにすることにより、金属質刷子51が炭素質集電環41の外周に接触する時の接触圧の合成ベクトルが0になるので、接続ターミナル53、54に機械的に固定される刷子被固定部56にその接触圧の力が加わらない構造となる。
【0097】
そして、金属質刷子51の刷子本体55が炭素質集電環41より剥離し易い方向、つまり炭素質集電環41の径方向に過大な振動が発生した場合でも、剥離する接触子57(58)と剥離しない接触子58(57)とが存在することにより、金属質刷子51と炭素質集電環41との電気的な接続が維持され、界磁コイル34に安定した励磁電流を流すことができる。
【0098】
さらに、図1に示したように、金属質刷子51の接触子57、58の軸方向の両側に面取り形状の延長片57a、57b、58a、58bを設けることにより、接触子57、58が軸方向に滑らかに移動することができるので、金属質刷子51を炭素質集電環41の外周に組み付けたり、金属質刷子51を炭素質集電環41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。
【0099】
また、従来のように金属質部材で作られた金属質集電環121の場合には、金属質集電環121とコネクションバー122との溶接および金属質集電環121を精密な円環形状に仕上げるための切削性を考慮すると、長寿命化のために金属質集電環121の材料である金属質部材の硬さの向上はできないという問題が生じていた。しかるに、本発明の金属質刷子51は導電性の薄板弾性材(板金)でありプレス加工だけで図1の形状に成形加工できるので、金属質刷子51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、金属質刷子51の長寿命化を達成できる。
【0100】
次に、金属質刷子51の固定方法(支持構造)による効果について説明する。金属質刷子51の刷子被固定部56と接続ターミナル53、54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53、54と一体で電気絶縁性の樹脂質部材にて収容室形成部材52を一体成形する場合には、接続ターミナル53、54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、金属質刷子51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53、54と刷子被固定部56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。
【0101】
接続ターミナル53、54と刷子被固定部56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、金属質刷子51の材質が銅合金のバネ材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1参照)による固定方法が最適である。
【0102】
次に、炭素質集電環41を炭素質部材(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より形成等)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、炭素質刷子123が摩耗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本体の近傍に配置している。このため、車両用交流発電機1の体格の縮小化ができず車両用交流発電機1のコンパクト化の妨げとなっている。
【0103】
しかるに、金属質刷子51を金属質部材で製作することにより、金属質刷子51が摩耗し難くなるので、従来の摩耗部材で作った炭素質刷子123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、金属質刷子51を極めて薄くすることができる。すなわち、金属質刷子51を薄板弾性材により製作できるので、金属質刷子51および収容室形成部材52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、金属質刷子51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。
【0104】
また、本発明のように、炭素質集電環41を炭素質部材で製作して、炭素質集電環41の自身の自己潤滑性(摩擦係数の軽減)、および金属質刷子51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、上記の数1の式のように、金属質刷子51の軽量化のために金属質刷子51のバネ荷重が低減することにより炭素質集電環41の摩耗量を更に低減することができるので、炭素質集電環41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。
【0105】
そして、金属質刷子51が金属質部材で製作されていることにより、金属質刷子51において炭素質刷子41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、金属質刷子51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、金属質刷子51の温度上昇が抑えられて金属質刷子51の耐久寿命が延びる。一方、炭素質集電環41を炭素質部材で製作しているが、円環状の炭素質集電環41のうち金属質刷子51に接触する部分は円周方向寸法の一部であるため、炭素質集電環41の温度上昇も抑えられて炭素質集電環41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。
【0106】
そして、炭素質集電環41が炭素質部材で製作されていることにより、金属質刷子51を金属質部材で製作して、その金属質刷子51を炭素質集電環41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。
【0107】
次に、2個の金属質刷子51、2個の接続ターミナル53、54を収容室形成部材52内に保持した場合の効果について説明する。
収容室形成部材52に含まれる円筒状の刷子保持部59内においては、図3、図5および図6に示したように、2個の接続ターミナル53、54がシャフト5の軸方向に所定距離だけ離れて保持固定され、且つシャフト5の周方向にも所定距離だけ離れて保持固定されている。これにより、狭い刷子保持部59内で所定の絶縁距離を保ちながらコンパクトに2個の接続ターミナル53、54を収容することができる。
【0108】
また、刷子保持部59内においては、図4に示したように、2個の金属質刷子51がシャフト5の軸方向に所定距離だけ離れて保持固定され、且つシャフト5の周方向にも所定距離だけ離れて保持固定されている。これにより、2個の集電環41の外周面と刷子保持部59の前端面と集電環カバー61の内周面とで囲まれた円筒状の収容室48内で所定の絶縁距離を保ちながらコンパクトに2個の金属質刷子51を収容することができる。
これらによって、金属質刷子51および収容室形成部材52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、車両用交流発電機1の径方向寸法および軸方向寸法を縮小化できるので、車両用交流発電機1を軽量、小型化することができる。
【0109】
次に、送風装置7の環状ブレード列の径方向の内側に2個の炭素質集電環41および2個の金属質刷子51を配置した場合の効果について説明する。
この実施例では、送風装置7の環状ブレード列の径方向の内側に、2個の炭素質集電環41および2個の金属質刷子51を収容する収容室48を形成する集電環カバー61の開口端が配置されている。これにより、車両用交流発電機1の軸方向の体格の小型化、すなわち、車両用交流発電機1の軸長の短縮化を実現することができる。
【0110】
しかも、2個の金属質刷子51を収容する収容室48は、極めてシンプルな円筒状の集電環カバー61で取り囲まれており、送風装置7の吸い込み側空間(円環状空間49)をその全周に亘って均等に確保している。このような構成によると、車両用交流発電機1の軸長を短縮化でき、しかも送風装置7の送風性能を低下させることもない。特にこのような構成は、従来のような棒状の炭素質刷子123を持つ車両用交流発電機100を用いたのでは実現することは不可能である。
【0111】
また、この実施例では、円筒状の集電環固定部45が、ポールコア33の端面からシャフト5の軸方向に沿って後方に延びており、ポールコア33の端面とそこから延び出すシャフト5との角部空間を無駄にすることなく、2個の金属質刷子51を収容する収容室48を形成しているので、車両用交流発電機1の軸長を短縮化できる。以上により、車両用交流発電機1の小型、軽量化を実現することができる。
【0112】
そして、この実施例では、電圧調整装置10のケーシング62が送風装置7の環状ブレード列よりも軸方向の外側に配置されているので、送風装置7の複数のブレード43が回転する時に複数のブレード43とケーシング62との干渉を防止できる。
【0113】
そして、従来の車両用交流発電機100では、シャフト104から径方向の外側に向かって大型化した刷子支持器(ブラシホルダ)124が設けられていることから、冷却ファン119と所定の軸方向寸法を隔てて刷子支持器124が配置されているため、冷却ファン119の送風経路を遮ることにより、冷却ファン119の送風効率(冷却効率)を低下させていた。しかし、この実施例では、刷子保持部59の前端面より軸方向に沿って前方に延ばされた、極めてシンプルな円筒状の集電環カバー61によって、送風装置7の吸い込み側空間をその全周に亘って均等に確保しているので、送風装置7の送風効率(冷却効率)を向上でき、しかも環状ブレード列に吸い込まれる空気に乱れが生じないので、騒音の発生を抑えることもできる。
【0114】
〔実施例と従来例の比較〕
次に、炭素質集電環41および金属質刷子51を備えた実施例と金属質集電環121および炭素質刷子123を備えた従来例とを比較した実験について説明する。この実験は、実施例の金属質刷子51と従来例の炭素質刷子123のバネ荷重Pを種々変化させ、両者の刷子の摩耗量Qがどのように変化するかについて調査したもので、その実験結果を図7のグラフに示した。
【0115】
この図7のグラフからも確認できるように、従来例の炭素質刷子123のバネ荷重Pが80gfより小さくなると、急激に炭素質刷子123の摩耗量Q(mm3 /1000h)が増大する傾向にあることが分かる。また、従来例の炭素質刷子123のバネ荷重Pが170gfより徐々に大きくなると、徐々に炭素質刷子123の摩耗量Q(mm3 /1000h)が増大していく傾向にあることが分かる。
【0116】
一方、実施例の金属質刷子51のバネ荷重Pが30gfより小さくなると、急激に金属質刷子51の摩耗量Q(mm3 /1000h)が増大する傾向にあるが、従来の炭素質刷子123の摩耗量Qに対して1/3の摩耗量であることが分かる。また、実施例の金属質刷子51のバネ荷重Pが50gfより徐々に大きくなると、徐々に金属質刷子51の摩耗量Q(mm3 /1000h)が増大していく傾向にあるが、従来の炭素質刷子123の摩耗量Qの増加傾向に対して微々たるものである。
【0117】
したがって、実施例の金属質刷子51は、金属質刷子51のバネ荷重の軽減化を達成できることにより、従来例の炭素質刷子123と比較して、大幅に摩耗量が少なくなるので金属質刷子51の長寿命化を達成できる。また、炭素質刷子123にピグテール126を一体形成し、且つ接触圧を確保するためにコイルスプリング125が必要な従来例の炭素質刷子123と比較して実施例の金属質刷子51は、スプリングおよびピグテールを兼ねた銅合金のバネ材である金属質部材で製作されているので、部品点数を軽減できる。このため、炭素質集電環41の周囲に刷子装置8を組み付ける組付作業が簡素化できることにより、車両用交流発電機1の製造コストを低減できる。
【0118】
〔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をエンジン等の駆動源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ベルト式無段変速機等の動力伝達手段を連結しても良い。さらに、シャフト5を電動モータにより回転駆動しても良い。
【0119】
この実施例では、送風装置7の環状ブレード列および支持板部44で遠心式ファンを構成したが、送風装置7の環状ブレード列および支持板部44で軸流式ファンを構成しても良い。また、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よりも軸方向の前方側に集電装置6、送風装置7および刷子装置8を設けても良い。
【0120】
この実施例では、集電環(スリップリング)として炭素質集電環41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、固定側刷子(ブラシ)として板状の金属質刷子51を利用したが、固定側刷子として炭素粉末、天然黒鉛または金属黒鉛等よりなる板状の炭素質刷子を利用しても良い。さらに、固定側刷子にピグテールを一体成形しても良く、固定側刷子の接触圧を別体のスプリングで確保しても良い。
【0121】
この実施例では、複数のブレード43、これらを支持する支持板部44、および炭素質集電環41をインサート成形した集電環固定部45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、複数のブレード43または支持板部44を金属質部材で製作しても良い。さらに、金属質部材で製作したブレードと支持板部を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。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の車両用交流発電機の電気接続装置の主要部構造を示した斜視図である(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(実施例)。
【図3】図2のA−A断面図である(実施例)。
【図4】本発明の車両用交流発電機の主要部構造を示した断面図である(実施例)。
【図5】本発明の車両用交流発電機の主要部構造を示した平面図である(実施例)。
【図6】図5の拡大図である(実施例)。
【図7】実施例の金属質刷子と従来例の炭素質刷子の摩耗特性を示したグラフである。
【図8】従来の車両用交流発電機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
9 三相整流装置
10 電圧調整装置
17 リヤベアリング(軸受)
18 ボス部(軸受保持部)
19 通風口
20 通風口
21 排気口
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 炭素質集電環
43 ブレード
44 支持板部
45 集電環固定部
48 収容室
49 円環状空間
51 金属質刷子(固定側刷子)
52 収容室形成部材
53 接続ターミナル(刷子固定部、刷子接続端子)
54 接続ターミナル(刷子固定部、刷子接続端子)
55 刷子本体
56 刷子被固定部
57 接触子
58 接触子
59 刷子保持部
61 集電環カバー
57a 延長片
57b 延長片
58a 延長片
58b 延長片
551 延長部
552 延長部
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a rotor coil wound around a rotor core, two current collecting rings for supplying power to the rotor coil, and a generator including two fixed-side brushes that slide on the outer periphery of these current collecting rings. Is.
[0002]
[Prior art]
In general, as shown in FIG. 8, the vehicle alternator 100 includes a three-phase rectifier 101, a voltage regulator 102 that regulates a generated voltage, a shaft 104 that is rotatably supported in a housing 103, A stator 105 fixed to the inner surface of the housing 103, a rotor 106 that rotates relative to the stator 105, a current collector 107 that is fixed to the outer periphery of the end of the shaft 104, and an outer periphery of the current collector 107 slide. A brush device 108.
[0003]
Here, the three-phase rectifier 101 includes a three-phase rectifier circuit that rectifies the generated alternating current with the positive-side diode 111 and the negative-side diode 112 and converts it into direct current. The shaft 104 has a poly V belt pulley 113 assembled to the outer periphery of the tip. The stator 105 includes a stator core 114, a three-phase stator coil 115, and the like. The rotor 106 includes a Landel-type pole core 116, a rotor coil 117, and the like. Cooling fans 118 and 119 for sucking cooling air are attached to both end surfaces of the pole core 116.
[0004]
The current collector 107 includes two metal current collecting rings 121, two connection bars 122, and the like. The metallic current collecting ring 121 is made of a metallic member such as a copper alloy or stainless steel, and is press-fitted or directly formed on the outer periphery of the end of the shaft 104 to rotate integrally with the shaft 104. It has a structure to do.
[0005]
On the other hand, the brush device 108 includes two carbonaceous brushes 123, a brush support 124 that accommodates these carbonaceous brushes 123, and the two carbonaceous brushes 123 on the outer periphery of the two metal current collecting rings 121. The coil spring 125 is configured to be pressed and electrically connected. The two carbonaceous brushes 123 are made of a carbonaceous member. The two carbonaceous brushes 123 are connected by a brush connection terminal (not shown) and a pigtail 126 made of copper wire. Further, the brush support 124 has a structure in which a brush connecting terminal is insert-molded with an electrically insulating resin material member, and a current collecting ring cover 128 that protects the two metallic current collecting rings 121 together with the rubber packing 127 is integrally formed. Have.
[0006]
In recent years, the vehicle AC has been designed to reduce the mounting space for auxiliary equipment due to the downsizing of the engine room of the vehicle, to reduce the size and weight by regulating fuel consumption, and to extend the life of the vehicle by extending the warranty period. A generator is desired. Note that, as a means for reducing the size and weight of a vehicle alternator, it is generally required to reduce the size of the vehicle alternator and reduce the axial dimension of the vehicle alternator.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional vehicle alternator 100, in order to reduce the voltage drop of the exciting circuit that supplies the exciting current to the rotor coil 117 and prevent the power generation output from being lowered, as shown in FIG. A brush supporter 124 is installed in the vicinity of the voltage adjusting device 102 that controls the excitation current to the coil 117. For this reason, in order to extend the life of the two carbonaceous brushes 123, the radial dimension perpendicular to the axial direction of the brush supporter 124 is large and cannot be set long. Therefore, the axial dimensions of the brush support 124 and the two metal current collecting rings 121 occupy a large proportion of the total axial length of the vehicle alternator 100, and the vehicle alternator 100 is small. The problem is that it has become a major obstacle to the transformation.
[0008]
Further, since the two carbonaceous brushes 123 are made of a carbonaceous member, the electrical resistance of the contact portion of the two carbonaceous brushes 123 that contacts the outer periphery of the two metal current collecting rings 121 is reduced. Therefore, an appropriate area (size) and a pressing force (spring load) of the coil spring 125 are necessary. Therefore, if the surface area of the contact portion of the two carbonaceous brushes 123 is reduced in order to reduce the size of the vehicle alternator 100, the current density increases and the temperature of the two carbonaceous brushes 123 increases. There arises a problem that the durability life is shortened.
[0009]
Here, in small DC rotating electric machines (for example, motors), there is an example in which the stationary brush is made of a metallic member (a thin metal plate or a copper wire) and the rotating side commutator is made of a copper alloy. Abnormal wear occurs due to the step of the rotation side commutator. For this reason, it is used only in the case of low-voltage and constant-speed rotation, and the above-described structure has not been adopted for those used at high-speed rotation such as a vehicle alternator.
[0010]
OBJECT OF THE INVENTION
An object of the invention described in claim 1 is to provide a generator capable of achieving a long life by suppressing the influence of vibration of the fixed side brush by reducing the weight of the fixed side brush and reducing the spring load. Another object of the present invention is to provide a generator that is self-lubricating and can ensure stable wear and power supply even at high speeds. It is another object of the present invention to provide a generator capable of significantly reducing the size and weight of an electrical connection device.
[0013]
  Claim 1An object of the present invention is to provide a generator capable of preventing contact pressure from being applied to the brush fixing portion. It is another object of the present invention to provide a generator that can stably supply power from a stationary brush to a current collecting ring.
  An object of the invention described in claim 2 is to provide a generator capable of significantly reducing the weight of the fixed-side brush.
  Claims 1 and 2It is an object of the present invention to provide a generator that can prevent catching during disassembling work or assembling work and can smoothly perform disassembling work or assembling work.
[0014]
  Claim3An object of the invention described in the above is to provide a generator capable of reducing the product cost by reducing the price of the brush connection terminal.
  Claim4An object of the invention described in the above is to provide a generator that can prevent intrusion of foreign matters such as water and can prevent scattering of wear powder generated by sliding between a stationary brush and a current collecting ring.
[0015]
  Claim5The purpose of the invention described in the above is to improve the conductivity and strength by making the current collecting ring from carbon powder using a copper alloy foam skeleton metal as a metal base, compared with the case where the current collecting ring is made of carbon alone. It is to provide a generator.
  Claim6And claims7An object of the present invention is to provide a generator capable of reducing the size of the electrical connection device by allowing the brush fixing portion and the fixed side brush to be coupled without providing a large mounting space in the radial direction of the shaft. Is to provide.
[0016]
  Claim8An object of the invention described in 1 is to provide a generator capable of reliably connecting a stationary brush and a brush connection terminal..
[0017]
  Claim 9An object of the invention described in the above is to provide a generator that can significantly reduce the size and weight of the stationary brush.
[0018]
  Claim 9An object of the invention described in the above is to provide a generator capable of preventing catching at the time of disassembling work or assembling work and performing the disassembling work or the assembling work smoothly..
[0019]
[Means for Solving the Problems]
  Claim 1And claim 2According to the invention, the stationary brush is slid on the outer periphery of the current collecting ring by the rotation of the shaft, but the stationary brush is made of a metallic member and the current collecting ring is made of a carbonaceous member. This ensures stable wear and power supply even at high speeds. In addition, since the weight of the fixed brush is light, the spring load of the fixed brush is reduced, so that the current collecting ring and the fixed brush are less worn, and the problem of the fixed brush due to vibration is avoided. Is done.
[0020]
In other words, since the current collecting ring is made of a carbonaceous member, the friction coefficient of the current collecting ring can be reduced, and thus self-lubricating properties are provided. Since the current collecting ring is made of a carbonaceous member, even if a stationary brush is made of a metallic member and the stationary brush is slid at high speed on the outer periphery of the current collecting ring, stable wear can be achieved. The power supply to the field coil can be secured. Further, wear is greatly reduced by reducing the weight of the fixed-side brush and reducing the spring load, and the life of the fixed-side brush can be extended by suppressing problems caused by vibration of the fixed-side brush. Accordingly, it is possible to extend the life of the generator.
[0021]
In addition, since the fixed side brush is made of a metallic member, it is difficult to wear. Therefore, it is not necessary to set the size and length in advance to predict the wear unlike a brush made of a conventional wear member. Thereby, since the stationary brush can be thinned, the electrical connecting device can be significantly reduced in weight and size. Therefore, since the diameter of the generator can be reduced, the generator can be reduced in weight and size.
[0024]
  Claim 1According to the invention described in the above, the stationary brush is held by the brush fixing portion, and the stationary brush is in contact with the current collecting ring on both the front side and the rear side in the rotation direction of the current collecting ring. Excessive vibration is generated in the direction in which the side brush is easy to peel off, and even if one side peels off from the current collector ring, the other will stick to the outer periphery of the current collector ring, so stable from the fixed side brush to the current collector ring Power supply can be performed.In addition, by forming an extension piece having a chamfered shape on the fixed side brush, the fixed side brush can smoothly move to either the front side or the rear side in the axial direction of the current collecting ring. It is possible to prevent catching during assembly work, and to perform disassembly work or assembly work smoothly.
[0025]
  According to the second aspect of the present invention, the fixed side brush is held by the brush fixing portion, and the fixed side brush is in contact with the current collecting ring at least one of the front side and the rear side in the rotation direction of the current collecting ring. Therefore, stable power can be supplied from the stationary brush to the current collecting ring. Also,By forming the chamfered extension piece on the fixed side brush, the fixed side brush can move smoothly to either the front side or the rear side in the axial direction of the current collector ring. It is possible to prevent catching during work, and to perform disassembly work or assembly work smoothly.
[0026]
  Claim3According to the invention, the brush connection terminal mechanically and electrically connects the fixed side brush, so that stable power feeding can be performed between the brush connection terminal and the fixed side brush. Further, since the price of the fixed side brush or the brush connection terminal can be reduced by making the brush connection terminal with a metal member different from the metal member forming the fixed side brush, the product cost of the generator can be reduced.
[0027]
  Claim4According to the invention described in the above, the storage chamber forming member forms a cylindrical storage chamber that stores the current collecting ring and the fixed side brush, so that foreign matter such as water can be collected between the current collecting ring and the fixed side brush. Intrusion into the contact portion can be suppressed, and scattering of wear powder generated by sliding between the stationary brush and the current collecting ring can be suppressed.
[0028]
  Claim5According to the invention described in the above, by making the current collecting ring from carbon powder using a copper alloy foam skeleton metal as a metal base, the conductivity and strength can be improved as compared with the case where the current collecting ring is made of carbon alone. .
  Claim6According to the invention described in the above, by forming the brush fixing portion in such a shape that it is coupled only along the axial direction of the fixed side brush and the shaft, a large mounting space in the radial direction of the shaft is not required, and power generation Since the size of the machine can be reduced, the generator can be reduced in weight and size.
[0029]
  Claim7According to the invention described in the above, the brush fixing portion is provided on the storage chamber forming member that forms the cylindrical storage chamber that stores the current collecting ring and the stationary brush, so that foreign matter such as water is fixed. It is possible to suppress entry into the connecting portion between the side brush and the brush fixing portion.
[0030]
  Claim8According to the invention described in the above, by connecting the brush connection terminal and the fixed side brush mechanically and electrically along the axial direction of the shaft without requiring a large mounting space in the radial direction of the shaft, Stable power feeding can be performed between the brush connection terminal and the stationary brush.
[0034]
  Claim9According to the invention described in (1), since the fixed-side brush can be made thin by making the fixed-side brush from the plate material, the electrical connecting device can be significantly reduced in weight and size. Therefore, since the diameter of the generator can be reduced, the generator can be reduced in weight and size.
  By pressing the contact against the current collecting ring by the spring force of the extension of the fixed side brush, the fixed side brush is urged toward the current collecting ring without a spring. Thereby, since the contact pressure of the stationary brush with respect to the current collection ring can be sufficiently ensured, a stable power supply state can be ensured.
[0037]
  Claim9According to the invention described in the above, by forming the extension piece having a chamfered shape on the opening side of the contact provided at the tip of the extension portion of the fixed side brush, the fixed side brush is moved forward in the axial direction of the current collecting ring. Since it can move smoothly to either the rear side or the rear side, it is possible to prevent catching during the disassembling operation or the assembling operation, and the disassembling operation or the assembling operation can be performed smoothly.
[0039]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
[Configuration of Example]
FIGS. 1 to 6 show an embodiment in which the generator of the present invention is applied to a vehicle alternator. FIG. 1 is a diagram showing the structure of the main part of the electrical connection device of the vehicle alternator. 2 is a diagram showing the overall structure of the vehicle alternator, FIGS. 3 and 4 are diagrams showing the main structure of the vehicle alternator, and FIG. 5 is a three-phase rectifier in the rear housing. It is the figure which showed the state which assembled | attached the voltage regulator and the brush apparatus.
[0040]
The vehicle alternator 1 is driven by an engine via a poly V belt (not shown), and the generated alternating current is rectified by the three-phase rectifier 9 and converted into direct current, and the battery is mounted on the vehicle. An alternator for charging (not shown) and supplying necessary electric power to an electric load. The vehicle alternator 1 includes a housing 2, a stator 3, a rotor 4, a shaft 5, a current collector 6, a blower 7, a brush device 8, a three-phase rectifier 9, a voltage regulator 10, and the like. .
[0041]
[Description of housing]
Next, the housing 2 will be described with reference to FIGS. The housing 2 includes a front housing (also called a drive frame) 11 and a rear housing (also called a rear frame) 12 made of aluminum die casting, and is fastened by a plurality of stud bolts 13 and nuts 14.
[0042]
A front bearing (bearing) 15 as a bearing that rotatably supports the front side (front end side) of the shaft 5 is fixed to the boss portion (bearing holding portion) 16 by press-fitting and caulking. . A rear bearing 16 as a bearing that rotatably supports the rear side (rear end side) of the shaft 5 is fixed to the boss portion (bearing holding portion) 18 by press-fitting and caulking. In order to suck cooling air into the housing 2, a large number of ventilation openings 19 are provided in the front housing 11, and a large number of ventilation openings 20 and a large number of exhaust openings 21 are provided in a substantially annular shape in the rear housing 12. Yes.
[0043]
Further, a stay portion 22 fastened and fixed to an upper bracket (not shown) of the engine is provided at the upper portion of the front housing 11, and a stay portion 23 fastened and fixed to a lower bracket (not shown) of the engine is provided at the lower portion. It is integrally molded. A stay portion 24 that is fastened and fixed to the lower bracket of the engine is integrally formed at the lower portion of the rear housing 12. Bolt holes 25 to 27 through which the bolts are inserted pass through these stay portions 22 to 24.
[0044]
[Description of stator]
Next, the stator 3 will be described with reference to FIG. The stator 3 is a stator composed of a stator core 31 fixed to the inner surface of the housing 2 and a three-phase stator coil 32 wound around the stator core 31.
[0045]
The stator core 31 constitutes an armature core, and is composed of a laminated core formed by laminating a plurality of thin steel plates made of a magnetic material. The stator core 31 is press-fitted into the inner peripheral surface of the front housing 11 and integrated. A large number of slots (not shown) are formed at equal intervals on the inner peripheral side of the stator core 31.
[0046]
The three-phase stator coil 32 is a three-phase armature winding that is connected by Y-connection or Δ-connection and induces a three-phase AC output as the rotor 4 rotates. The winding ends of the stator coils 32 are electrically connected to the three-phase rectifier circuit of the three-phase rectifier 9 using soldering or the like.
[0047]
[Description of rotor]
Next, the rotor 4 will be described with reference to FIG. The rotor 4 is a portion that functions as a field device and is a rotor that rotates integrally with the shaft 5. The rotor 4 includes a shaft 5, a Landel-type pole core 33 fixed to the shaft 5, a field coil 34 wound around the pole core 33, and a current collector 6 for supplying an excitation current to the field coil 34. , And a blower 7 that generates cooling air.
[0048]
The pole core 33 is a rotor core (also referred to as a field magnetic pole, a field iron core, or a rotor iron core) according to the present invention, and a field coil 34 is wound around the center and is made of a ferromagnetic material. In the pole core 33, when an exciting current flows through the field coil 34, one claw-shaped magnetic pole portion 35 becomes all N poles, and the other claw-shaped magnetic pole portion 36 becomes all S poles. A blower 7 for sucking cooling air into the housing 2 is attached to the rear side wall surface of the other claw-shaped magnetic pole portion 36 by means such as welding.
[0049]
The field coil 34 is a rotor coil according to the present invention. The field coil 34 is wound around the central portion of the pole core 33 via a coil bobbin 37, and magnetizes the pole core 33 when an excitation current flows (also referred to as a rotor winding). ). The coil bobbin 37 is made of an electrically insulating resinous material that electrically insulates the field coil 34 and the pole core 33.
[0050]
[Description of shaft]
Next, the shaft 5 will be described with reference to FIG. The shaft 5 is rotatably supported by boss portions 16 and 18 of the housing 2 via front and rear bearings 15 and 17. A V-ribbed pulley (poly V-belt pulley) 38 for transmitting the rotational power of the engine to the shaft 5 is provided between one end portion (front end portion and front side end portion) of the shaft 5 between the seated nut 39 and the front bearing 15. Fastened and fixed between.
[0051]
The V-ribbed pulley 38 is drivingly connected to a poly V-belt pulley (not shown) mounted on an engine output shaft (crankshaft) via a transmission means (not shown) such as a poly V belt. Note that clutch means such as an electromagnetic clutch may be disposed between the shaft 5 and the V-ribbed pulley 38.
[0052]
[Description of current collector]
Next, the current collector 6 will be described with reference to FIGS. The current collector 6 includes two carbonaceous current collecting rings 41 used for connecting the battery and voltage adjusting device 10 and the field coil 34 through the brush device 8, and the carbonaceous current collecting rings 41. It consists of two connection bars (also referred to as slip ring terminals) 42 (see FIG. 3) connected to each.
[0053]
The two carbonaceous current collecting rings 41 are so-called slip rings, which are provided on the outer periphery of the other end portion (rear end portion, rear end portion) of the shaft 5 and are two circles that are electrically independent from each other. An annular current collector ring body. These carbonaceous current collecting rings 41 are held side by side with a predetermined gap in the axial direction of the shaft 5 on the outer periphery of the other end portion of the shaft 5 by an electrically insulating resinous member to be described later. Insulated. One end of the connection bar 42 is insert-molded to the two carbonaceous current collecting rings 41 so that both are mechanically and electrically connected. As the material of the carbonaceous current collecting ring 41, a carbonaceous member (for example, carbon powder, natural graphite, electrographite, metal graphite or the like using a copper alloy foam skeleton metal as a metal base) is used. . In the connection bar 42, the terminal wire of the field coil 34 is electrically joined by means such as soldering.
[0054]
  [Explanation of blower]
  Next, the blower 7 will be described with reference to FIGS. This blower7Is formed with an electrically insulating resinous member, and two carbonaceous current collecting rings 41 and two connection bars 42 are insert-molded with a resinous member. The blower 7 is also a terminal protection member that protects a connection portion between the two carbonaceous current collecting rings 41 and the two connection bars 42. Examples of the resinous member include, for example, polyphenylene, which has excellent electrical insulation and heat resistance, high strength and excellent dimensional stability.SulphiIt is desirable to use a resin (PPS resin).
[0055]
The blower 7 includes a plurality of blades 43 constituting cooling blades of a centrifugal fan, an annular support plate portion (base plate) 44 that supports these blades 43, and two carbonaceous current collecting rings 41 and 2. Each of the connection bars 42 includes a cylindrical current collecting ring fixing portion 45 formed by insert molding of an axial portion. As shown in FIGS. 3 and 4, a plurality of blades 43 are arranged in an annular shape on the end surface of the outer peripheral portion of the support plate portion 44. The support plate portion 44 is fixed to the current collector ring side end surface (side surface on the rear end side) of the pole core 33 and insert-molded in the radial direction of the two connection bars 42. The current collecting ring fixing portion 45 is integrated with the axial portions of the two carbonaceous current collecting rings 41 and the two connection bars 42 and is press-fitted and fixed to the outer periphery of the other end portion of the shaft 5.
[0056]
[Description of brush device]
Next, the brush device 8 will be described with reference to FIGS. The brush device 8 includes two metallic brushes 51 that are in contact with the outer circumferences of the two carbonaceous current collecting rings 41 and are electrically independent from each other, and a housing chamber forming member that supports and fixes these metallic brushes 51. 52, and connection terminals 53, 54, etc., which are insert-molded in the storage chamber forming member 52.
[0057]
Each metallic brush 51 is a fixed-side brush of the present invention, and is a brush that is integrally formed only by pressing and supplies an exciting current to the field coil 34 via the two carbonaceous current collecting rings 41. . As the material of the metallic brush 51, a metallic member (for example, a conductive thin elastic plate material such as phosphor bronze or beryllium copper which is a spring material of a copper alloy) is used.
[0058]
The metallic brush 51 includes a semi-arc shaped brush main body 55 formed so as to surround the carbonaceous current collecting ring 41, and a brush fixing portion 56 protruding from the brush main body 55 toward the storage chamber forming member 52. Are formed respectively. The brush main body 55 is provided with plate-like extensions (arm portions) 551 and 552 extending in an arc shape along the outer periphery of the carbonaceous current collecting ring 41 from the brush fixing portion 56, and at the tips thereof. Two contactors 57 and 58 that are in sliding contact with the outer peripheral surface of the current collecting ring 41 are provided.
[0059]
The brush body 55 extends from the base end (top end) 55a to both the front side (leading side) and the rear side (trailing side) in the rotational direction of the carbonaceous current collecting ring 41. The carbonaceous current collecting ring 41 is in contact with the contacts 57 and 58 on both the rear side and the rear side. That is, as shown in FIG. 1, the brush body 55 has a dimension difference between the tip A of both the extensions 551 and 552 (between both contacts 57 and 58) and the carbonaceous current collector ring diameter B ( It is formed in a semicircular arc shape (horse-shoe shape) so as to come into contact with the outer peripheral surface of the carbonaceous current collector ring 41 by both contactors 57 and 58 by being pressed against the carbonaceous current collector ring 41 by the tightening margin of B-A). Yes. Note that the brush body 55 may extend from the base end portion 55 a to only one of the front side and the rear side in the rotation direction of the carbonaceous current collecting ring 41 and may be in contact with the carbonaceous current collecting ring 41.
[0060]
The two contacts 57 and 58 are sliding portions that slide on the outer peripheral surface of each carbonaceous current collecting ring 41. And these contactors 57 and 58 ensure the contact pressure with each carbonaceous current collection ring 41 by the spring characteristic of the brush main body 55. Four extension pieces 57a, 57b, 58a, and 58b protrude from both opening sides of the two contactors 57 and 58 in the axial direction. The four extension pieces 57a, 57b, 58a, and 58b are extended from both ends in the axial direction of the current collecting ring 41 toward both sides in the axial direction, and are extended outwardly with respect to the axial direction of the respective contacts 57 and 58. It is formed in a round shape (chamfered shape).
[0061]
Since the brush fixed portion 56 uses a copper alloy spring material as the material of the metallic brush 51, that is, the connection terminals 53, 54 and the connection terminals 53, 54 are electrically and electrically connected by a method using the spring characteristics that are characteristic of the spring material. It is fixed mechanically. For this reason, the brush fixing portion 56 of this embodiment is formed in a faston shape that is the minimum space in terms of performance and manufacturing.
[0062]
That is, as shown in FIG. 1, the brush fixed portion 56 has a protruding piece 56a protruding in the axial direction from the base end portion 55a of the brush body 55, and both sides of the protruding piece 56a are substantially oval in cross section. It has elastically deformable locking pieces 56b, 56c bent so as to draw the circumference of the. And the brush fixed part 56 is inserted between the protruding piece 56a and the locking pieces 56b, 56c by inserting the tip ends of the connection terminals 53, 54 into the protruding piece 56a and the locking pieces 56b, 56c. The front ends of the connection terminals 53 and 54 are sandwiched between them.
[0063]
As described above, one carbonaceous current collecting ring 41 and one metallic brush 51 are electrically connected. Similarly, the other carbonaceous current collecting ring 41 and the other metallic brush 51 are electrically connected. As described above, the two pairs of carbonaceous current collecting rings 41 and the metallic brush 51 constitute an electrical connection device. Thereby, the connection terminal 53, one metallic brush 51, one carbonaceous current collecting ring 41, one connection bar 42, one field coil 34, the other connection bar 42, the other carbonaceous current collecting ring 41, the other An energization path is formed by the path of the metallic brush 51 and the connection terminal 54.
[0064]
FIG. 2 shows a connection state between the carbonaceous current collecting ring 41 and the metallic brush 51 on the pole core 33 side of the shaft 5. However, in order to facilitate understanding, the positional relationship in the circumferential direction between the contactor 57 and the brush fixing portion 56 is schematically illustrated. The arrangement of these portions in the circumferential direction is as shown in FIG. That is, the two metallic brushes 51 are fixed at a predetermined distance apart in the circumferential direction of the shaft 5. As shown in FIG. 3, the two metallic brushes 51 are fixed at a predetermined distance apart in the axial direction of the shaft 5.
[0065]
The storage chamber forming member 52 is made of an electrically insulating resinous member (for example, PPS resin). The housing chamber forming member 52 includes a brush holding portion (also referred to as a brush holder) 59 for holding and fixing the two metallic brushes 51, and a collection extending from the front end side of the brush holding portion 59 to the front side in the axial direction. The electrocyclic cover 61 is integrally formed. The brush holding part 59 insert-molds the connection terminals 53 and 54, and holds the connection terminals 53 and 54 in a state where both end parts of the connection terminals 53 and 54 protrude.
[0066]
The current collecting ring cover 61 is formed in a cylindrical shape having an opening on the pole core 33 side, and houses the two carbonaceous current collecting rings 41 and the two metallic brushes 51 together with the current collecting ring fixing portion 45, and This is a so-called slip ring cover in which a cylindrical storage chamber 48 surrounding the outer periphery of two carbonaceous current collecting rings 41 is formed. In addition, an annular space 49 is defined between the outer periphery of the current collecting ring cover 61 and the inner periphery of the annular blade row of the blower 7 as shown in FIG. The annular space 49 forms a suction side space evenly toward the entire circumference of the annular blade row of the blower 7.
[0067]
The connection terminal 53 is a brush fixing portion and a brush connection terminal according to the present invention, and has a substantially L-shaped cross section. The connection terminal 53 is fastened and fixed to the excitation current output terminal 69 of the voltage regulator 10 by a fixing screw 70. Connected to each other. The connection terminal 54 is a brush fixing portion and a brush connection terminal according to the present invention, and is formed in a substantially inverted L shape so as to extend on the opposite side with respect to the connection terminal 53. The power supply terminal is fastened and fixed electrically to the output terminal 71 by a fixing screw 72.
[0068]
The connection terminals 53 and 54 are formed in a shape that is coupled to the brush fixed portion 56 of the metallic brush 51 only along the axial direction of the shaft 5. That is, as shown in FIG. 1, the tip ends of the connection terminals 53 and 54 are formed in a tapered shape so that they can be easily inserted between the protruding pieces 56a and the locking pieces 56b and 56c of the brush fixed portion 56. ing.
[0069]
Further, FIG. 5 shows connection terminals 53 and 54 exposed side by side in the circumferential direction. These connection terminals 53 and 54 are arranged in the axial direction so as to correspond to the two carbonaceous current collecting rings 41. Then, a brush fixing portion 56 of one metallic brush 51 is fixed to one connection terminal 53, and a brush fixing portion 56 of another metallic brush 51 is fixed to the other connection terminal 53. Therefore, the two metallic brushes 51 are held away from each other in the axial direction corresponding to the axial positions of the two carbonaceous current collecting rings 41 and also correspond to the positions of the connection terminals 53 and 54. In the circumferential direction. With this configuration, two metallic brushes 51 having a semicircular arc shape can be arranged in a cylindrical space.
[0070]
[Description of three-phase rectifier]
Next, the three-phase rectifier 9 will be described with reference to FIGS. 2, 3, 5, and 6. The three-phase rectifier 9 is a so-called rectifier, and includes a DC output terminal 71, a positive-side cooling fin 73, a negative-side cooling fin 74, three positive-side diodes 75, three negative-side diodes 76, and a terminal block. 77 or the like.
[0071]
The DC output terminal 71 is an external connection terminal of the three-phase rectifier 9, and is electrically connected to one end of the battery via a conductive wire (not shown) and the other end is a connection terminal 54 of the brush device 8. The positive-side cooling fin 73 is electrically connected by fastening a fixing screw (not shown). The DC output terminal 71 is a terminal that supplies a charging current to the battery (also referred to as a DC output positive terminal) and constitutes the B terminal of the vehicle alternator 1.
[0072]
The positive-side cooling fins 73 are integrally formed in a predetermined shape so as to surround the accommodation chamber forming member 52 together with the negative-side cooling fins 74, and are arranged along the side surface of the rear housing 12. The positive-side cooling fin 73 is fixed to the inner surface of the rear frame 12 via an insulating member (not shown). The negative-side cooling fin 74 is body-grounded (grounded) via the rear frame 12. That is, the positive side cooling fin 73 is electrically connected to the positive (+) side of the battery, and the negative side cooling fin 74 is electrically connected to the negative (−) side of the battery.
[0073]
The positive-side and negative-side cooling fins 73 and 74 are each made of a conductive metal plate (for example, an aluminum plate) having excellent thermal conductivity, and the heat generation of each of the three positive-side and negative-side diodes 75 and 76. And a rectifying element holding means for holding and fixing three positive electrode and negative electrode diodes 75 and 76 each.
[0074]
The three positive and negative diodes 75 and 76 are positive and negative rectifiers that rectify and convert (rectify) the AC output of the three-phase stator coil 32 to DC output. Each of the three positive electrode side and negative electrode side diodes 75 and 76 has one end side (lead wire) electrically connected to three AC input terminals 78 by soldering, and the other end side is positive side and negative side cooling respectively. The fins 73 and 74 are electrically connected by soldering. The three-phase rectifier circuit is composed of the DC output terminal 71, positive and negative cooling fins 73 and 74, three positive electrodes, three negative diodes 75 and 76, and three AC input terminals 78. Is done.
[0075]
The terminal block 77 is made of an electrically insulating resinous material (for example, PPS resin) into a predetermined shape, inserts and holds the three AC input terminals 78, and the positive side cooling fin 73 and the negative side. The cooling fins 74 are electrically insulated. The terminal block 77 has positive and negative cooling fins 73 and 74 fixed by fixing screws 79.
[0076]
[Description of voltage regulator]
Next, the voltage regulator 10 will be described with reference to FIGS. 2, 3, 5, and 6. The voltage adjusting device 10 is a so-called IC regulator, and includes an exciting current output terminal 69, an integrated circuit (not shown), a casing 62, and the like.
[0077]
The exciting current output terminal 69 is an external connection terminal of the voltage regulator 10, is held by a casing 62 fixed to the rear housing 12, and is fixed to two metal brushes 51 via the connection terminal 53. Are connected mechanically. Thereby, the exciting current output terminal 69 functions as a brush fixing means for fixing the accommodation chamber forming member 52 and the two metallic brushes 51 to the rear housing 12.
[0078]
The integrated circuit is voltage adjusting means for adjusting the generated voltage of the three-phase stator coil 32 by controlling the excitation current supplied to the field coil 34. This integrated circuit incorporates a power transistor as a switching element that controls energization and de-energization of the field coil 34, a back electromotive force absorption diode that attenuates the excitation current flowing in the field coil 34, and the like.
[0079]
The casing 62 is made of an electrically insulating resin material (for example, PPS resin) and has a bracket 66 that is fastened and fixed to the rear housing 12 by a fixing screw 65. In the casing 62, electronic components such as an integrated circuit are molded with an epoxy resin-based resin material.
[0080]
(Effects of Example)
Next, the operation of the vehicle alternator 1 of this embodiment will be briefly described with reference to FIGS.
[0081]
When the engine mounted on the vehicle is started, the rotational power of the engine is transmitted to the V-ribbed pulley 38 via a transmission means such as a poly V belt and is rotatably supported by the housing 2 via the front and rear bearings 15 and 17. The rotor 4 is rotated by rotating the shaft 5 being rotated. At this time, the pole core 33, the field coil 34, and the two carbonaceous current collecting rings 41 rotate integrally with the shaft 5.
[0082]
When the voltage regulator 10 starts to feed the field coil 34, the battery → DC output terminal 71 → connection terminal 54 → one metallic brush 51 → one carbonaceous current collecting ring 41 → one connection bar 42 → Field coil 34 → the other connection bar 42 → the other carbonaceous current collecting ring 41 → the other metallic brush 51 → the connection terminal 53 → the exciting current output terminal 69 → the voltage regulator 10 → the rear frame 12 → the body Excitation current flows. Therefore, when a voltage is applied to the field coil 34 from the battery and an exciting current flows through the field coil 34, the two claw-shaped magnetic pole portions 35 and 36 of the pole core 33 are magnetized. As a result, all of the one claw-shaped magnetic pole portion 35 becomes an N pole, and the other claw-shaped magnetic pole portion 36 becomes an S pole.
[0083]
Then, an alternating current is sequentially induced in the three-phase stator coil 32 wound around the stator core 31 of the stator 3 that rotates relative to the rotor 4, and the generated voltage rises rapidly. This three-phase alternating current is input to the three-phase rectifier circuit via three alternating input terminals 78. That is, the three-phase AC current is rectified and converted into a DC current by being input to the three positive-side diodes 75 and the three negative-side diodes 76.
[0084]
When the generated voltage of the three-phase stator coil 32 (the voltage of the DC output terminal 71, the B terminal voltage) exceeds the battery voltage, the rectified DC current, that is, the charging current is converted into three positive diodes 75 → The battery is supplied to the battery via the positive-side cooling fin 73 → the DC output terminal 71 → the conductive wire. Thereby, the battery is charged by the charging current flowing through the battery, and power is supplied to the electric load mounted on the vehicle.
[0085]
Then, by operating the vehicle alternator 1 for a long period of time, two carbonaceous current collecting rings 41 integrally provided on the outer periphery of the shaft 5 and a connection terminal 53 held by the storage chamber forming member 52, The two metallic brushes 51 mechanically fixed to 54 slide and wear at a high speed.
[0086]
However, since the two carbonaceous current collecting rings 41 are made of carbonaceous members, they have self-lubricating properties. That is, by reducing the friction coefficient of the carbonaceous current collector ring 41 itself, the amount of wear of the carbonaceous current collector ring 41 is greatly reduced as compared with a conventional metal current collector ring made of copper alloy. Further, since the two metallic brushes 51 are made of a metallic member, the amount of wear of the two metallic brushes 51 is greatly reduced by reducing the weight and reducing the spring load. Therefore, the durable life of the two carbonaceous current collecting rings 41 and the two metallic brushes 51 can be extended.
[0087]
Here, the three-phase stator coil 32, the field coil 34, the three-phase rectifier 9 and the voltage regulator 10 of the vehicle alternator 1 generate heat when energized. This heat is cooled by the cooling air being sucked into the housing 2 by the rotation of the rotor 4 and the rotation of the plurality of blades 43 of the blower 7 fixed to the side surface of the pole core 33.
[0088]
Specifically, the three-phase stator coil 32 of the stator 3 and the field coil 34 of the rotor 4 are made up of a number of ventilation openings formed in the front housing 11 and the rear housing 12 as shown in FIGS. It is cooled directly by the cooling air sent through 19 and a large number of ventilation openings 20. Further, the heat generated by the three positive and negative diodes 75 and 76 is applied to the positive and negative cooling fins 73 and 74 by the cooling air sent through the vent hole 20 of the rear housing 12. By cooling the positive electrode side and negative electrode side cooling fins 73 and 74, heat is radiated through the positive electrode side and negative electrode side cooling fins 73 and 74.
[0089]
In this embodiment, two carbonaceous current collecting rings 41 and two metallic brushes 51 are arranged on the inner side in the radial direction of the annular blade row of the blower 7, and the accommodation chamber forming member 52 is arranged. An annular space 49 is formed between the outer periphery of the current collector ring cover 61 and the annular blade row of the blower 7. Thereby, since there is no member that prevents the passage of the cooling air in the annular space 49 on the inner peripheral side of the plurality of blades 43 of the blower device 7, the cooling air sucked from the ventilation port 20 is collected by the current collecting ring cover. Since the cooling air is smoothly sucked into the inner peripheral portions of the plurality of blades 43 through the outer peripheral side of 61, the noise of the blower 7 can be suppressed. Furthermore, since a sufficient amount of cooling air can be obtained, the cooling efficiency of each electrical component can be improved and the power generation efficiency can be improved.
[0090]
When the cooling air is sucked into the housing 2, foreign matters such as water and dust also enter the housing 2. In particular, if foreign matter enters the housing 2 through the ventilation opening 20 of the rear housing 12, there is a possibility that the sliding portion between the carbonaceous current collecting ring 41 and the metallic brush 51 may enter. However, in this embodiment, the cylindrical storage chamber 48 is defined by the current collection ring cover 61 of the storage chamber forming member 52 so as to surround the two carbonaceous current collection rings 41, and the Since the opening side of the electric ring cover 61 is located on the inner side in the radial direction of the plurality of blades 43 of the blower 7, foreign matters such as water and dust on the sliding portion between the carbonaceous current collecting ring 41 and the metallic brush 51 are present. Hard to invade.
[0091]
[Effects of Examples]
First, the effect in the case of using two metallic brushes 51 made of metallic members as the stationary brushes of the vehicle alternator 1 will be described.
[0092]
When a carbonaceous brush 123 made of a carbonaceous member is used as a fixed side brush as in the prior art, in order to reduce the contact electrical resistance, copper powder is mixed into the carbon and the contact electrical resistance and carbon are mixed. The blending ratio was determined by the wear life of the quality brush 123. In addition, when a metallic member such as copper powder is blended with carbon, the weight of the carbonaceous brush 123 becomes heavy, and a problem due to vibration has to be taken into consideration. The vibration resistance of the fixed-side brush is generally expressed by the following formula 1 according to the literature of the machine design document.
[0093]
[Expression 1]
Vibration resistance {(k x spring load) / (fixed side brush weight)} + {spring weight}
Here, it can be seen that if the weight of the fixed side brush (brush main body) is reduced, the spring load of the fixed side brush can be reduced.
[0094]
In the present invention, a metallic brush 51 serving both as a spring and a pigtail is used as the stationary brush, and a copper alloy spring material (in the embodiment, phosphor bronze or beryllium copper) is used as the material of the metallic brush 51. The weight of the metallic brush 51, particularly the weight of the brush body 55, is greatly reduced.
[0095]
As a result, the spring load of the metallic brush 51 can be greatly reduced as compared with the conventional carbonaceous brush 123, so that the amount of wear of the metallic brush 51 can be greatly reduced, and problems due to vibration of the metallic brush 51 can be avoided. By being able to suppress, the lifetime of the metallic brush 51 can be prolonged. Therefore, the life extension of the vehicle alternator 1 can be achieved.
[0096]
Further, as shown in FIG. 1, the shape of the brush body 55 of the metallic brush 51 is formed in a substantially semicircular arc shape, and the carbonaceous current collecting ring 41 is sandwiched between the two contacts 57 and 58. As a result, the combined vector of the contact pressure when the metallic brush 51 comes into contact with the outer circumference of the carbonaceous current collecting ring 41 becomes 0, so that the brush fixed portion 56 that is mechanically fixed to the connection terminals 53 and 54 The contact pressure force is not applied.
[0097]
Then, even if excessive vibration occurs in the direction in which the brush body 55 of the metallic brush 51 is easily peeled off from the carbonaceous current collector ring 41, that is, in the radial direction of the carbonaceous current collector ring 41, the contactor 57 (58 ) And the contactor 58 (57) that does not peel off, the electrical connection between the metallic brush 51 and the carbonaceous current collector ring 41 is maintained, and a stable excitation current flows through the field coil 34. Can do.
[0098]
Further, as shown in FIG. 1, by providing chamfered extension pieces 57a, 57b, 58a, 58b on both axial sides of the contacts 57, 58 of the metallic brush 51, the contacts 57, 58 are pivoted. Since the metal brush 51 can be assembled to the outer periphery of the carbonaceous current collector ring 41, or the metal brush 51 can be detached from the outer periphery of the carbonaceous current collector ring 41 and disassembled. It will be very easy. Thereby, since the productivity of the alternator 1 for vehicles improves, the product cost of the alternator 1 for vehicles can be reduced.
[0099]
In the case of the metal current collector ring 121 made of a metal member as in the prior art, the metal current collector ring 121 and the connection bar 122 are welded and the metal current collector ring 121 is formed into a precise circular shape. Considering the machinability for finishing, a problem has arisen that the hardness of the metallic member, which is the material of the metallic current collecting ring 121, cannot be improved in order to extend the life. However, since the metallic brush 51 of the present invention is a conductive thin plate elastic material (sheet metal) and can be formed into the shape shown in FIG. 1 only by pressing, the wear life of the metallic member that is the material of the metallic brush 51 is increased. The hardness of the affected material can be increased sufficiently. Thereby, the lifetime improvement of the metallic brush 51 can be achieved.
[0100]
Next, the effect of the fixing method (support structure) of the metallic brush 51 will be described. The manufacturing cost of the alternator 1 for a vehicle can be reduced by setting the metal to be fixed 56 and the connection terminals 53 and 54 of the metallic brush 51 by setting different metals in terms of cost. In addition, when the housing chamber forming member 52 is integrally formed of an electrically insulating resinous material that is integral with the connection terminals 53 and 54, the metal characteristics change depending on the resin temperature at the time of insert molding of the connection terminals 53 and 54. Since the wear resistance of the metallic brush 51 may be lowered, it is necessary to mechanically fix the connection terminals 53 and 54 and the brush fixing portion 56 after the insert molding to make electrical connection therebetween. is there.
[0101]
A fixing method such as welding or caulking can be used as a fixing method for the connection terminals 53 and 54 and the brush fixing portion 56. However, the performance of the metallic brush 51 is a copper alloy spring material. The fixing method by the faston shape (see FIG. 1) which is the minimum space in the upper and manufacturing is optimal.
[0102]
Next, the effect when the carbonaceous current collecting ring 41 is made of a carbonaceous member (for example, formed from carbon powder using a copper alloy foam skeleton metal as a metal base) will be described.
In the case of the conventional structure, since the carbonaceous brush 123 is a wear member, it is necessary to set the size and length in which wear has been predicted in advance, and the voltage regulator is further used to reduce the drop voltage of the excitation circuit. It is arranged near the main body. For this reason, the physique of the vehicle alternator 1 cannot be reduced, which hinders the compactness of the vehicle alternator 1.
[0103]
However, since the metallic brush 51 is made of a metallic member, the metallic brush 51 is less likely to be worn. Thus, the size and length of wear predicted in advance like the carbonaceous brush 123 made of a conventional wearing member. There is no need to set to. Thereby, the metallic brush 51 can be made very thin. That is, since the metallic brush 51 can be manufactured from a thin plate elastic material, the brush device 8 including the metallic brush 51 and the storage chamber forming member 52 can be significantly reduced in weight and size. Therefore, even when the voltage adjusting device 10 is installed in the vicinity of the metallic brush 51, the size of the vehicle alternator 1 can be reduced and the axial dimension can be reduced, so that the vehicle alternator 1 can be reduced in weight. Can be downsized.
[0104]
Further, as in the present invention, the carbonaceous current collecting ring 41 is made of a carbonaceous member, and the self-lubricating property (reduction of friction coefficient) of the carbonaceous current collecting ring 41 and the contact with the metallic brush 51 are obtained. By significantly reducing the probability, the amount of wear can be greatly reduced as compared with the conventional metallic current collecting ring 121. Further, as shown in the above equation 1, the amount of wear of the carbonaceous current collecting ring 41 can be further reduced by reducing the spring load of the metallic brush 51 in order to reduce the weight of the metallic brush 51. Therefore, the lifetime of the carbonaceous current collecting ring 41 can be increased. Therefore, the life extension of the vehicle alternator 1 can be achieved.
[0105]
Further, since the metallic brush 51 is made of a metallic member, the contact portion of the metallic brush 51 is reduced in order to reduce the electrical resistance of the contact portion that contacts the outer periphery of the carbonaceous brush 41 in the metallic brush 51. Since the current density does not change even if the surface area of the metallic brush 51 is reduced, the temperature rise of the metallic brush 51 is suppressed and the durable life of the metallic brush 51 is extended. On the other hand, the carbonaceous current collector ring 41 is made of a carbonaceous member, but the portion of the annular carbonaceous current collector ring 41 that contacts the metallic brush 51 is a part of the circumferential dimension. The temperature rise of the carbonaceous current collecting ring 41 is also suppressed, and the durable life of the carbonaceous current collecting ring 41 is extended. Therefore, the life extension of the vehicle alternator 1 can be achieved.
[0106]
Since the carbonaceous current collecting ring 41 is made of a carbonaceous member, the metallic brush 51 is made of a metallic member, and the metallic brush 51 is operated on the outer circumference of the carbonaceous current collecting ring 41 at high speed. Stable wear and energization of the field coil 34 can be ensured even when sliding at (for example, 10,000 rpm or more).
[0107]
Next, the effect when the two metallic brushes 51 and the two connection terminals 53 and 54 are held in the storage chamber forming member 52 will be described.
In the cylindrical brush holder 59 included in the storage chamber forming member 52, as shown in FIGS. 3, 5, and 6, the two connection terminals 53 and 54 have a predetermined distance in the axial direction of the shaft 5. The shaft 5 is held and fixed at a distance, and is also held and fixed at a predetermined distance in the circumferential direction of the shaft 5. Accordingly, the two connection terminals 53 and 54 can be accommodated in a compact manner while maintaining a predetermined insulation distance in the narrow brush holding portion 59.
[0108]
In the brush holder 59, as shown in FIG. 4, the two metallic brushes 51 are held and fixed at a predetermined distance in the axial direction of the shaft 5, and are also specified in the circumferential direction of the shaft 5. It is held fixed by a distance. Thus, a predetermined insulation distance is maintained in the cylindrical storage chamber 48 surrounded by the outer peripheral surfaces of the two current collecting rings 41, the front end surface of the brush holding portion 59, and the inner peripheral surface of the current collecting ring cover 61. However, the two metallic brushes 51 can be accommodated in a compact manner.
Accordingly, the brush device 8 including the metallic brush 51 and the storage chamber forming member 52 can be significantly reduced in weight and size. Therefore, since the radial dimension and the axial dimension of the vehicle alternator 1 can be reduced, the vehicle alternator 1 can be reduced in weight and size.
[0109]
Next, an effect when two carbonaceous current collecting rings 41 and two metallic brushes 51 are arranged inside the radial blade row of the blower 7 will be described.
In this embodiment, a current collecting ring cover 61 that forms an accommodation chamber 48 for accommodating two carbonaceous current collecting rings 41 and two metallic brushes 51 inside the radial blade array of the blower 7. The opening end of is arranged. Thereby, size reduction of the axial physique of the vehicle alternator 1, that is, shortening of the axial length of the vehicle alternator 1 can be realized.
[0110]
Moreover, the accommodating chamber 48 that accommodates the two metallic brushes 51 is surrounded by a very simple cylindrical current collecting ring cover 61, and the suction side space (annular space 49) of the blower device 7 is entirely disposed. It is secured evenly over the circumference. According to such a configuration, the axial length of the vehicle alternator 1 can be shortened, and the blowing performance of the blower 7 is not deteriorated. In particular, such a configuration cannot be realized by using the vehicular AC generator 100 having the conventional rod-like carbonaceous brush 123.
[0111]
Further, in this embodiment, the cylindrical current collecting ring fixing portion 45 extends rearward from the end face of the pole core 33 along the axial direction of the shaft 5, and the end face of the pole core 33 and the shaft 5 extending from the end face Since the accommodation chamber 48 for accommodating the two metallic brushes 51 is formed without wasting the corner space, the axial length of the vehicle alternator 1 can be shortened. As described above, the vehicle alternator 1 can be reduced in size and weight.
[0112]
In this embodiment, since the casing 62 of the voltage adjusting device 10 is arranged on the outer side in the axial direction with respect to the annular blade row of the blower 7, the plurality of blades 43 are rotated when the plurality of blades 43 of the blower 7 are rotated. 43 and the casing 62 can be prevented from interfering with each other.
[0113]
In the conventional vehicle alternator 100, the brush support 124 (brush holder) 124 that is enlarged from the shaft 104 toward the outside in the radial direction is provided, so that the cooling fan 119 and a predetermined axial dimension are provided. Since the brush supporter 124 is arranged with a gap therebetween, the ventilation efficiency (cooling efficiency) of the cooling fan 119 is reduced by blocking the ventilation path of the cooling fan 119. However, in this embodiment, the suction side space of the air blower 7 is entirely reduced by a very simple cylindrical current collecting ring cover 61 that extends forward in the axial direction from the front end surface of the brush holder 59. Since it is ensured uniformly over the circumference, the blowing efficiency (cooling efficiency) of the blowing device 7 can be improved, and the air sucked into the annular blade row is not disturbed, so that the generation of noise can be suppressed.
[0114]
[Comparison between Example and Conventional Example]
Next, an experiment in which the embodiment including the carbonaceous current collecting ring 41 and the metallic brush 51 is compared with the conventional example including the metallic current collecting ring 121 and the carbonaceous brush 123 will be described. In this experiment, the spring load P of the metallic brush 51 of the example and the carbonaceous brush 123 of the conventional example was variously changed to investigate how the wear amount Q of both the brushes changed. The results are shown in the graph of FIG.
[0115]
As can be confirmed from the graph of FIG. 7, when the spring load P of the carbonaceous brush 123 of the conventional example is less than 80 gf, the wear amount Q (mm) of the carbonaceous brush 123 is abruptly increased.Three/ 1000h) tends to increase. Further, when the spring load P of the carbonaceous brush 123 of the conventional example is gradually increased from 170 gf, the wear amount Q (mm) of the carbonaceous brush 123 is gradually increased.Three/ 1000h) tends to increase.
[0116]
On the other hand, when the spring load P of the metallic brush 51 of the embodiment is smaller than 30 gf, the wear amount Q (mm) of the metallic brush 51 is suddenly reduced.Three/ 1000h) tends to increase, but it can be seen that the wear amount is 1/3 of the wear amount Q of the conventional carbonaceous brush 123. Further, when the spring load P of the metallic brush 51 of the embodiment gradually becomes larger than 50 gf, the wear amount Q (mm) of the metallic brush 51 gradually.Three/ 1000h) tends to increase, but is slightly smaller than the increasing tendency of the wear amount Q of the conventional carbonaceous brush 123.
[0117]
Accordingly, the metallic brush 51 of the embodiment can achieve a reduction in the spring load of the metallic brush 51, and therefore the amount of wear is significantly reduced compared with the carbonaceous brush 123 of the conventional example. Longer life can be achieved. Further, compared to the conventional carbonaceous brush 123 in which the pigtail 126 is integrally formed with the carbonaceous brush 123 and the coil spring 125 is required to ensure the contact pressure, the metallic brush 51 of the embodiment includes the spring and Since it is made of a metallic member that is a copper alloy spring material that also serves as a pigtail, the number of parts can be reduced. For this reason, the assembling work for assembling the brush device 8 around the carbonaceous current collecting ring 41 can be simplified, whereby the manufacturing cost of the automotive alternator 1 can be reduced.
[0118]
[Modification]
In this embodiment, the present invention is applied to a vehicular 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. The shaft 5 may be directly connected to the output shaft of a drive source such as an engine. In this case, a pulley is not necessary. Further, power transmission means such as one or more gear transmissions or V-belt type continuously variable transmissions may be connected between the shaft 5 and the output shaft of the engine. Further, the shaft 5 may be rotationally driven by an electric motor.
[0119]
In this embodiment, the centrifugal fan is constituted by the annular blade row and the support plate portion 44 of the blower 7, but the axial fan may be constituted by the annular blade row and the support plate portion 44 of the blower device 7. In addition, the current collector 6, the blower 7, and the brush device 8 may be provided in the front housing 11, that is, on the front side in the axial direction from the pole core 33 in the housing 2.
[0120]
In this embodiment, the carbonaceous current collecting ring 41 is used as the current collecting ring (slip ring), but a metal current collecting ring such as a copper alloy or stainless steel may be used as the current collecting ring. Further, in this embodiment, the plate-like metallic brush 51 is used as the fixed-side brush (brush), but a plate-like carbonaceous brush made of carbon powder, natural graphite, metallic graphite or the like is used as the stationary-side brush. May be. Further, the pigtail may be integrally formed with the fixed-side brush, and the contact pressure of the fixed-side brush may be secured by a separate spring.
[0121]
In this embodiment, a plurality of blades 43, a support plate portion 44 that supports them, and a current collector ring fixing portion 45 in which a carbonaceous current collector ring 41 is insert-molded are integrally formed of a resinous member. You may make it with. Moreover, you may manufacture the some braid | blade 43 or the support plate part 44 with a metallic material. Further, the blade and the support plate portion made of a metal member may be insert-molded with a resin member together with a current collecting ring.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing the structure of a main part of an electrical connection device for an AC generator for a vehicle according to the present invention (Example).
FIG. 2 is a cross-sectional view showing an overall structure of an automotive alternator according to the present invention (Example).
FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line AA of FIG. 2 (Example).
FIG. 4 is a cross-sectional view showing the structure of the main part of an automotive alternator according to the present invention (Example).
FIG. 5 is a plan view showing a main part structure of an automotive alternator according to the present invention (Example).
FIG. 6 is an enlarged view of FIG. 5 (Example).
FIG. 7 is a graph showing wear characteristics of a metallic brush of an example and a carbonaceous brush of a conventional example.
FIG. 8 is a cross-sectional view showing a conventional vehicular AC generator (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
9 Three-phase rectifier
10 Voltage regulator
17 Rear bearing
18 Boss part (bearing holding part)
19 Ventilation openings
20 Ventilation opening
21 Exhaust port
31 Stator core
32 Stator coil
33 Pole core (rotor core)
34 Field coil (rotor coil)
41 Carbonaceous current collector ring
43 blades
44 Support plate
45 Current collector ring fixing part
48 containment room
49 Annular space
51 Metallic brush (fixed side brush)
52 Chamber forming member
53 Connection terminal (Brush fixing part, Brush connection terminal)
54 Connection terminal (Brush fixing part, Brush connection terminal)
55 Brush body
56 Brush fixed part
57 Contact
58 Contact
59 Brush holder
61 Current collector ring cover
57a Extension piece
57b Extension piece
58a extension piece
58b extension piece
551 Extension
552 extension

Claims (9)

  1. ハウジングと、
    ステータコイルおよびステータコアを有し、前記ハウジングに対して固定されたステータと、
    ロータコイル、ロータコアおよびこのロータコアから延長されたシャフトを有し、前記ステータに対して相対回転するロータと、
    前記ハウジングと前記ロータとの間に設けられ、前記ロータコイルを通る電流経路を形成するための電気接続装置と
    を備えた発電機であって、
    前記電気接続装置は、前記シャフト上に設けられ、前記ロータコイルに接続されると共に、炭素質部材により作られた集電環と、
    この集電環と接触すると共に、金属質部材により作られた固定側刷子と、
    この固定側刷子を保持する刷子固定部
    を備え
    前記固定側刷子は、前記刷子固定部から前記集電環の回転方向の前方側と後方側との両方に延長され、その前方側と後方側との両方で前記集電環と接触しており、
    前記固定側刷子に設けられた前記集電環との接触部の軸方向の側部には、面取り形状を成す延長片が形成され、
    前記延長片は、前記集電環の軸方向の前方側と後方側とのいずれか一方に延長されていることを特徴とする発電機。
    A housing;
    A stator having a stator coil and a stator core, fixed to the housing;
    A rotor coil, a rotor core, and a rotor having a shaft extending from the rotor core and rotating relative to the stator;
    A generator provided between the housing and the rotor, and comprising an electrical connection device for forming a current path through the rotor coil;
    The electrical connection device is provided on the shaft, connected to the rotor coil, and a current collecting ring made of a carbonaceous member;
    In contact with the current collector ring, a stationary brush made of a metallic member ,
    A brush fixing portion for holding the fixed side brush ,
    The fixed side brush extends from the brush fixing portion to both the front side and the rear side in the rotation direction of the current collecting ring, and is in contact with the current collecting ring on both the front side and the rear side. ,
    An extension piece having a chamfered shape is formed on the side portion in the axial direction of the contact portion with the current collecting ring provided on the fixed side brush,
    The generator is characterized in that the extension piece is extended to either the front side or the rear side in the axial direction of the current collecting ring .
  2. ハウジングと、
    ステータコイルおよびステータコアを有し、前記ハウジングに対して固定されたステータと、
    ロータコイル、ロータコアおよびこのロータコアから延長されたシャフトを有し、前記ステータに対して相対回転するロータと、
    前記ハウジングと前記ロータとの間に設けられ、前記ロータコイルを通る電流経路を形成するための電気接続装置と
    を備えた発電機であって、
    前記電気接続装置は、前記シャフト上に設けられ、前記ロータコイルに接続されると共に、炭素質部材により作られた集電環と、
    この集電環と接触すると共に、金属質部材により作られた固定側刷子と、
    この固定側刷子を保持する刷子固定部と
    を備え、
    前記固定側刷子は、前記刷子固定部から前記集電環の回転方向の前方側と後方側とのうち少なくとも一方に延長され、その前方側と後方側とのうち少なくとも一方で前記集電環と接触しており、
    前記固定側刷子に設けられた前記集電環との接触部の軸方向の側部には、面取り形状を成す延長片が形成され、
    前記延長片は、前記集電環の軸方向の前方側と後方側とのいずれか一方に延長されていることを特徴とする発電機。
    A housing;
    A stator having a stator coil and a stator core, fixed to the housing;
    A rotor coil, a rotor core, and a rotor having a shaft extending from the rotor core and rotating relative to the stator;
    An electrical connection device provided between the housing and the rotor for forming a current path through the rotor coil;
    A generator with
    The electrical connection device is provided on the shaft, connected to the rotor coil, and a current collecting ring made of a carbonaceous member;
    In contact with the current collector ring, a stationary brush made of a metallic member,
    A brush fixing portion for holding the fixed side brush;
    With
    The fixed side brush extends from the brush fixing portion to at least one of a front side and a rear side in a rotation direction of the current collecting ring, and at least one of the front side and the rear side includes the current collecting ring. In contact,
    An extension piece having a chamfered shape is formed on the side portion in the axial direction of the contact portion with the current collecting ring provided on the fixed side brush,
    The generator is characterized in that the extension piece is extended to either the front side or the rear side in the axial direction of the current collecting ring .
  3. 請求項1または請求項2に記載の発電機において、
    前記刷子固定部は、前記固定側刷子に電気的に接続される刷子接続端子であって、
    前記刷子接続端子は、前記固定側刷子を機械的に固定すると共に、前記固定側刷子を形成する金属質部材と異なる金属質部材で作られていることを特徴とする発電機。
    The generator according to claim 1 or claim 2 ,
    The brush fixing portion is a brush connection terminal electrically connected to the fixed side brush,
    The brush connection terminal mechanically fixes the fixed-side brush and is made of a metallic member different from a metallic member forming the stationary-side brush.
  4. 請求項1または請求項2に記載の発電機において、
    前記電気接続装置は、前記固定側刷子と前記集電環とを収容し、且つ前記集電環の外周を取り囲む円筒状の収容室を形成する収容室形成部材を備えたことを特徴とする発電機。
    The generator according to claim 1 or claim 2 ,
    The electrical connection device includes a housing chamber forming member that houses the stationary brush and the current collecting ring and forms a cylindrical housing chamber that surrounds the outer periphery of the current collecting ring. Machine.
  5. 請求項1または請求項2に記載の発電機において、
    前記炭素質部材は、導電性に優れる発泡骨格金属を金属母体とした炭素粉末より形成されることを特徴とする発電機。
    The generator according to claim 1 or claim 2 ,
    The generator is characterized in that the carbonaceous member is formed from carbon powder using a foam skeleton metal having excellent conductivity as a metal matrix.
  6. 請求項1または請求項2に記載の発電機において、
    前記刷子固定部は、前記シャフトの軸方向に沿ってのみ前記固定側刷子と結合する形状に形成されていることを特徴とする発電機。
    The generator according to claim 1 or claim 2 ,
    The generator is characterized in that the brush fixing portion is formed in a shape that is coupled to the stationary brush only along the axial direction of the shaft.
  7. 請求項に記載の発電機において、
    前記電気接続装置は、前記固定側刷子と前記集電環とを収容し、且つ前記集電環の外周を取り囲む円筒状の収容室を形成する収容室形成部材を備え、
    前記収容室の軸方向の端に位置する前記収容室形成部材に、前記刷子固定部が設けられていることを特徴とする発電機。
    The generator according to claim 6 ,
    The electrical connection device includes a storage chamber forming member that stores the stationary brush and the current collector ring and forms a cylindrical storage chamber that surrounds the outer periphery of the current collector ring,
    The generator is characterized in that the brush fixing portion is provided on the storage chamber forming member located at the axial end of the storage chamber.
  8. 請求項に記載の発電機において、
    前記刷子固定部は、前記シャフトの軸方向に沿って延びる刷子接続端子であって、
    前記固定側刷子は、前記刷子接続端子に電気的および機械的に接続される刷子被固定部を有することを特徴とする発電機。
    The generator according to claim 7 ,
    The brush fixing portion is a brush connection terminal extending along the axial direction of the shaft,
    The generator is characterized in that the fixed-side brush has a brush-fixed portion that is electrically and mechanically connected to the brush connection terminal.
  9. ハウジングと、
    ステータコイルおよびステータコアを有し、前記ハウジングに対して固定されたステータと、
    ロータコイル、ロータコアおよびこのロータコアから延長されたシャフトを有し、前記ステータに対して相対回転するロータと、
    前記シャフト上に設けられ、前記ロータコイルに接続された2個の集電環と、
    これらの集電環とそれぞれが接触する2個の固定側刷子と、
    前記2個の集電環と前記2個の固定側刷子とを収容する収容室を形成する収容室形成部材と
    を備えた発電機であって、
    前記固定側刷子は、板材で作られており、
    前記収容室形成部材に含まれる刷子保持部に固定される被固定部と、
    この被固定部から前記集電環の外周に沿って円弧状に延びる延長部と、
    この延長部の先端に設けられ、前記集電環と接触する接触子とを備え、
    前記延長部のバネ力によって前記接触子を前記集電環に押し付けており、
    前記固定側刷子の延長部の先端に設けられた前記接触子の開口側には、面取り形状を成す延長片が形成され、
    前記延長片は、前記集電環の軸方向の前方側と後方側とのいずれか一方に延長されていることを特徴とする発電機。
    A housing;
    A stator having a stator coil and a stator core, fixed to the housing;
    A rotor coil, a rotor core, and a rotor having a shaft extending from the rotor core and rotating relative to the stator;
    Two current collecting rings provided on the shaft and connected to the rotor coil;
    Two fixed-side brushes each contacting these current collector rings,
    A generator comprising a storage chamber forming member for forming a storage chamber for storing the two current collecting rings and the two stationary brushes;
    The stationary brush is made of a plate material,
    A fixed part fixed to a brush holding part included in the storage chamber forming member;
    An extension extending in an arc shape along the outer periphery of the current collecting ring from the fixed portion;
    Provided at the tip of this extension, comprising a contactor that contacts the current collector ring,
    The contactor is pressed against the current collecting ring by the spring force of the extension ,
    An extension piece having a chamfered shape is formed on the opening side of the contact provided at the tip of the extension of the stationary brush,
    The generator is characterized in that the extension piece is extended to either the front side or the rear side in the axial direction of the current collecting ring .
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