JP3845952B2 - 回転電機 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両用交流発電機等の回転電機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、車両用交流発電機においては、例えば、図１４にて示すように、回転軸１の中間部位に界磁鉄心２を軸支して構成したランデル型回転子を採用したものがある。
この回転子では、保持部材３が一対のスリップリング４、５と共に樹脂によりモールド成形されており、この保持部材３は、回転軸１のローレット部１ａに圧入により嵌装されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような回転子では、保持部材３が回転軸１よりも熱膨張率が大きいため、高温時に保持部材３の回転軸嵌合部の内径が大きくなる。そして、スリップリング４、５に対するブラシの接触摩擦、又はエンジン内部の周期的な爆発及び車両の速度変化によって生じる回転子の回転変動のために、保持部材３がスリップリング４、５と共にローレット部１ａに対し相対的に回動するという不具合が生ずる。また、高温時でも上記問題が生じないように保持部材と回転軸との締め代を大きく設定した場合には、組み付け時に割れが生ずるという不具合がある。
【０００４】
なお、特開昭６２−２０３５３３号公報にて示されているように、ファン、保持部材及び両スリップリングを樹脂により一体成形することも考えられるが、保持部材を回転軸１のローレット部１ａに圧入により嵌装することには変わりはないため、上述した不具合を解消することはできない。
そこで、本発明は、スリップリングを保持する保持部材を回転子に適正に組み付けるようにした回転電機を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１乃至１１に記載の発明においては、スリップリングを保持する保持部材が、界磁鉄心の端面に沿い径方向に延びる伸延部を有し、この伸延部が界磁鉄心の端面に回転方向並びに軸方向に関して固定されることで保持部材の回転軸に対する移動を規制している。このため、高温時の保持部材の熱膨張により、保持部材の内径が回転軸の外径より大きくなっても、保持部材が、回転軸に対し相対移動することなく、当該回転軸と一体にて移動する。その結果、回転電機が高温状態にて使用されても、スリップリングが保持部材と共に回転軸と常に一体に移動し得る。
【０００６】
ここで、請求項４に記載の発明によれば、金属背板によって界磁鉄心の軸方向端面に固定される冷却ファンを備え、伸延部を金属背板と界磁鉄心の軸方向端面の間に挟み込んで固定している。
これにより、部品点数や固定工程数を削減しつつ請求項１に記載の発明と同様の作用効果を達成できる。
【０００７】
また、請求項５に記載の発明によれば、伸延部に形成される突起部を備え、この突起部が金属背板に機械的に接続されている。
これにより、部品点数の増加を伴うことなく、請求項１に記載の発明の作用効果を達成できる。
また、請求項６に記載の発明によれば、伸延部が、界磁鉄心により挟み込まれ回転軸に対する移動を規制されている部材と機械的に接続されている。
【０００８】
これにより、部品点数の増加を伴うことなく、請求項１に記載の発明の作用効果を達成できる。
また、請求項７に記載の発明によれば、伸延部にインサート成形される金属部材を備え、この金属部材が界磁鉄心の軸方向端面に固定されている。
これにより、伸延部を界磁鉄心の軸方向端面により一層強固に固定できる。
【０００９】
また、請求項８に記載の発明によれば、伸延部にインサート成形される冷却ファンを備え、この冷却ファンが界磁鉄心の軸方向端面に固着されている。
これにより、請求項７に記載の発明における金属部材のような余分な部材を廃止しつつ、請求項７に記載の発明と同様の作用効果を達成できる。
また、請求項９に記載の発明によれば、金属部材と接続部材を一体成形し、これらを伸延部にインサート成形した後、電気的に分離してある。
【００１０】
これにより、成形工程数の削減を確保しつつ請求項７に記載の発明と同様の作用効果を達成できる。
また、請求項１０に記載の発明によれば、保持部材と一体で樹脂成形される冷却ファンを備える。
これにより、請求項４に記載の発明と同様の作用効果を達成できる。
【００１１】
【実施の形態】
以下、本発明を図面に示す各実施形態について説明する。
（第１実施形態）
図１及び図２は、本発明に係る車両用交流発電機の第１実施形態を示している。
【００１２】
この交流発電機は、互いに同軸的に組み付けられてハウジング１０を構成するフロントフレーム１０ａ及びリアフレーム１０ｂを備えており、ハウジング１０内には、ステータ２０が同軸的に組み付けられている。
ランデル型回転子３０は、回転軸３０ａ及び界磁部３０ｂを備えており、回転軸３０ａはハウジング１０内にその両軸受け部を介し回転自在に軸支されている。
【００１３】
この回転軸３０ａの図中左端はハウジング１０の外へ突出して配置され、突出部にはプーリが装着され、エンジンにより回転駆動される。
界磁部３０ｂは、一対の界磁鉄心３１、３２を備えており、これら界磁鉄心３１、３２は、その中央軸穴部にて、回転軸３０ａの中間部位に形成したローレット部３３に、圧入により嵌合固定されて、ステータ３０内に同軸的に嵌装されている。
【００１４】
また、界磁部３０ｂは、界磁コイル３４を備えており、この界磁コイル３４は、ボビン３５を介して両界磁鉄心３１、３２のコイル収容部内に巻装されている。なお、図１にて、符号１１は、カラーを示す。
フロント側及びリア側の両冷却ファン４０、５０は、共に鉄板により形成されており、冷却ファン４０は、その背板４１にて、界磁鉄心３１のフロント側端面にスポット溶接されている。一方、冷却ファン５０は、その背板５１にて、界磁鉄心３２のリア側端面にスポット溶接（図２にて各符号５１ａ参照）されている。
【００１５】
保持部材６０は、円筒部６０ａと、界磁鉄心３２の軸方向端面に沿って径方向に伸延する伸延部６０ｂとを有するように、樹脂により、図１にて示すごとく断面Ｔ字状に一体成形により形成されている。ここで、円筒部６０ａは、回転軸３０ａのリア側軸部３６に同軸的に嵌合されている。
この円筒部６０ａの内径は、回転軸３０ａのリア側軸部３６との間に微小間隙をもつように形成されるが、好ましくは、回転軸３０ａのリア側軸部３６の外径とほぼ同じに形成されており、嵌合させる際に殆ど抵抗を生じず、それでいて軸部３６と円筒部６０ａとが十分な同軸度をもって整合するように形成されている方が好ましい。
【００１６】
また、伸延部６０ｂは、その複数の挿入穴部６１を通して界磁鉄心３２のリア側端面に形成した複数の挿入穴部３２ａ内にリベット６２をそれぞれ圧入することにより、当該界磁鉄心３２のリア側端面に回転方向並びに軸方向に関して固定されている。
保持部材６０の円筒部６０ａの外周面には、一対のスリップリング７０ａ、７０ｂが、保持部材６０の一体成形時に、インサート成形されており、これら両スリップリング７０ａ、７０ｂは、図示しない両ブラシを介し外部回路に接続されるようになっている。
【００１７】
両接続部材８０ａ、８０ｂは、保持部材６０の一体成形時に、当該保持部材６０内にインサート成形されており、これら両接続部材８０ａ、８０ｂは、円筒部６０ａから伸延部６０ｂにかけてＬ字状に延在している。そして、接続部材８０ａは、その一端にて、スリップリング７０ｂに接続されており、この接続部材８０ａの他端は、界磁コイル３４の一端に接続されている。
【００１８】
また、接続部材８０ｂは、その一端にて、スリップリング７０ａに接続されており、この接続部材８０ｂの他端は界磁コイル３４の他端に接続されている。
このように構成した本第１実施形態では、保持部材６０の円筒部６０ａを嵌合してなる回転軸３０ａのリア側軸部３６は断面円形状を有する。
このため、円筒部６０ａは回転方向に固定されずに嵌合されており、上記嵌合時に、円筒部６０ａの内周面に対しリア側軸部３６の外周面から無理な応力が加わることがない。従って、当該円筒部６０ａが割れることはない。
【００１９】
また、保持部材６０が、その伸延部６０ｂにて、複数のリベット６２の圧入により、界磁鉄心３２のリア側端面に固定されている。
このため、高温時の保持部材６０の熱膨張により、円筒部６０ａの内径が回転軸３０ａのリア側軸部３６の外径より大きくなっても、保持部材６０が、回転軸３０ａに対し相対回転することなく、当該回転軸３０ａと一体にて回転する。
【００２０】
その結果、交流発電機が高温時に使用されても、両スリップリング７０ａ、７０ｂが回転軸３０ａと常に一体に回転する。
このように、界磁鉄心３１の端面に設けられた回り止め部としてのリベット６２を有し、伸延部６０ｂにはリベット６２を受け入れる回転規制部としての孔が形成されていることが重要である。そして、これらリベット６２と伸延部６０ｂの孔とにより回転規制手段が構成されている。
【００２１】
また、上述のごとく、円筒部６０ａが断面円形状のリア側軸部３６に同軸的に嵌合され、かつ、伸延部６０ｂが界磁鉄心３２のリア側端面に固定されているので、保持部材６０の回転軸３０ａに対する同軸度が精度よく確保され得る。 その結果、両スリップリング７０ａ、７０ｂを保持部材６０と共に回転軸３０ａのリア側端部に組み付けた後の両スリップリング７０ａ、７０ｂの仕上げ加工は、両スリップリング７０ａ、７０ｂの面粗度を修正する程度で済む。
【００２２】
なお、回転軸３０ａと保持部材６０を別体として形成した後に組み付けるため、両スリップリングと回転軸のリア側端部を同時に樹脂によりモールド成形する場合のように、モールド型やモールド設備の大型化は不要であるから生産性に優れる。
（第２実施形態）
図３は、本発明の第２実施形態を示している。
【００２３】
この第２実施形態においては、保持部材６０の伸延部６０ｂには、上記一体成形時に、複数の突起６３（図３では、単一の突起６３のみを示す）がその裏面から突出形成されている。そして、各突起６３を各挿入穴部３２ａに圧入することで、伸延部６０ｂが界磁鉄心３２のリア側端面に固定されている。
これにより、上記第１実施形態にて述べたリベット６２を採用することなく伸延部６０ｂが界磁鉄心３２のリア側端面に固定される。このため、部品点数の削減を確保しながら、上記第１の実施形態と同様の作用効果を達成できる。その他の構成は上記第１実施形態と同様である。
【００２４】
なお、上記第２実施形態では、伸延部６０ｂに複数の突起６３を形成し、界磁鉄心３２のリア側端面に複数の挿入穴部３２ｂを形成するようにしたが、これに代えて、伸延部６０ｂに複数の挿入穴部を形成し、界磁鉄心３２のリア側端面に複数の突起を形成し、これら各突起を伸延部６０ｂの各挿入穴部に圧入することで、伸延部６０ｂを界磁鉄心３２のリア側端面に固定するようにしてもよい。
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態を図４に基づいて説明する。
【００２５】
この第３実施形態では、上記第１実施形態にて述べた保持部材６０の伸延部６０ｂの各挿入穴部６１、各リベット６２及び界磁鉄心３２の各挿入穴部３２ａが廃止されている。また、冷却ファン５０の背板５１の内周縁には、一対の円弧状延出部５３（図４では一方の延出部５３のみを示す）が、等角度間隔にて延出形成されており、これら両延出部５３は、図４にて例示するごとく、背板５１の内周縁からリア側へ略クランク状に屈曲している。
【００２６】
そして、保持部材６０は、その伸延部６０ｂの外周部にて、冷却ファン５０の両延出部５３により界磁鉄心３２のリア側端面に押し付けられている。
このように構成した本第３実施形態では、保持部材６０の伸延部６０ｂが、冷却ファン５０の背板５１を活用して、その両延出部５３により界磁鉄心３２のリア側端面に固定されるので、部品点数や固定工程数を削減しつつ上記第１実施形態と同様の作用効果を達成できる。
（第４実施形態）
図５は、本発明の第４実施形態を示している。
【００２７】
この第４実施形態では、樹脂製筒状保持部材がその伸延部の突起部６０Ｃにて冷却ファンの背板部の内周部５１に熱かしめされ接続されることにより界磁鉄心のリア側端面部に固定されている。
これにより、部品点数の増加なく上記第３実施形態の場合よりも強固に固定でき、上記第１実施形態と同様の効果を達成できる。
（第５実施形態）
図６は本発明の第５実施形態を示している。
【００２８】
この第５実施形態では、樹脂製筒状保持部材が一対の界磁鉄心により挟み込まれ固定されている部材としての界磁コイル３４用ボビンの突起部３５ａに熱かしめされ接続されることにより界磁鉄心のリア側端面部に固定されている。
これにより、部品点数の増加なく、上記第１実施形態と同様の効果を達成できる。
（第６実施形態）
図７及び図８は、本発明の第６実施形態を示している。
【００２９】
この第６実施形態では、一対の円弧板状の金属部材６４が、保持部材６０の成形時に、図７及び図８にて示すごとく、インサート成形されており、これら各金属部材６４は、図８にて示すごとく、等角度間隔に位置している。
また、これら各金属部材６４は、その両端部６４ａにて、これらに対応する位置にて保持部材６０の伸延部６０ｂに形成した両開口６５から界磁鉄心３２のリア側端面に向け断面山形状に露呈している。そして、これら各金属部材６４は、その両端部６４ａにて、界磁鉄心３２のリア側端面に溶接されている。
【００３０】
これにより、伸延部６０ｂを界磁鉄心３２のリア側端面により一層強固に固定できる。
また、両冷却ファン４０、５０の各ファンブレードが不等ピッチにて形成されている場合には、両金属部材６４の板厚や形状等を変更することで、両冷却ファン４０、５０の回転バランスを調整することができる。従って、両冷却ファン４０、５０の設計自由度を高めることができる。その他の構成及び作用効果は上記第１実施形態と同様である。
（第７実施形態）
図９及び図１０は、本発明の第７実施形態を示している。
【００３１】
この第７実施形態では、リア側冷却ファン５０の背板５１の内周縁に、一対の円弧状延出部５２が、図１０にて示すごとく、等角度間隔にて延出形成されており、これら両延出部５２は、保持部材６０の成形時に、両金属部材６４に代えて、図９及び図１０にて示すごとく伸延部６０ｂの外周部にインサート成形されている。
【００３２】
また、これら両延出部５２は、その円弧方向両端部５２ａにて、伸延部６０ｂの両開口６５から界磁鉄心３２のリア側端面に向け断面山形状に露呈して、界磁鉄心３２のリア側端面に溶接されている。
これにより、伸延部６０ｂを界磁鉄心３２のリア側端面により一層強固に固定できる。なお、冷却ファン５０の背板５１の界磁鉄心３２のリア側端面に対するスポット溶接は廃止されている。
【００３３】
また、本実施形態によれば、冷却ファン５０を活用して、その背板５１の両延出部５２を伸延部６０ｂの外周部にインサート成形しているので、保持部材６０を界磁鉄心３２のリア側端面に固定するにあたり、上記両金属部材６４の廃止による部品点数の削減が可能となる。
また、冷却ファン５０が保持部材６０の伸延部６０ｂと共に同時に界磁鉄心３２のリア側端面に溶接固定されるので、交流発電機の組み立て工程数の削減が可能となる。その他の構成及び作用効果は上記第１実施形態と同様である。
【００３４】
なお、本実施形態では、冷却ファン５０の背板５１の界磁鉄心３２のリア側端面に対するスポット溶接は廃止して、両延出部５２の円弧方向両端部５２ａを界磁鉄心３２のリア側端面に溶接するようにしたが、これに代えて、冷却ファン５０の背板５１を界磁鉄心３２のリア側端面にスポット溶接し、円弧方向両端部５２ａの界磁鉄心３２のリア側端面に対する溶接を廃止してもよい。
（第８実施形態）
図１１は、本発明の第８実施形態を示している。
【００３５】
この第８実施形態では、上記両金属部材６４が、上記両接続部材８０ａ、８０ｂと一体にプレス成形されている。
そして、これら両金属部材６４及び両接続部材８０ａ、８０ｂを、保持部材６０の成形時に、その伸延部６０ｂの外周部にインサート成形した後、互いに隣接し合う金属部材と接続部材との連結部分（図１１にて符号Ｒにて示す）を、その中間部位（符号Ｒａ参照）にて切断している。
【００３６】
これにより、互いに隣接し合う金属部材と接続部材とが、相互に電気的に分離される。その他の構成は上記第６実施形態と同様である。
このように構成した本第８実施形態によれば、両金属部材６４及び両接続部材８０ａ、８０ｂの伸延部６０ｂに対するインサート成形が一度になされるので、成形工程数の削減を確保しつつ、上記第２変形例と同様の作用効果を達成できる。
（第９実施形態）
図１２は、本発明の第９実施形態を示している。
【００３７】
この第９実施形態では、上記第１実施形態にて述べた冷却ファン５０及び保持部材６０に代えて、一体部材９０が採用されており、この一体部材９０は、冷却ファン５０に相当する冷却ファン部９１を保持部材６０と共に樹脂により一体成形して構成されている。
そして、この一体部材９０は、保持部材６０の伸延部６０ｂに形成した各挿入穴部６５を通して界磁鉄心３２の各挿入穴部３２ａ内に各リベットを圧入することにより、界磁鉄心３２のリア側端面に固定されている。その他の構成は上記第１実施形態と同様である。
【００３８】
このように構成した本第９実施形態によれば、冷却ファン部９１及び保持部材６０が、一体部材９０でもって、界磁鉄心３２のリア側端面に一体的に固定されているので、部品点数や組み付け工程数の削減を確保しつつ上記第１実施形態と同様の作用効果を達成し得る。
（第１０実施形態）
図１３は、本発明の第１０実施形態を示している。
【００３９】
この第１０実施形態では、樹脂製筒状部材がボビンの突起部３５ａに熱かしめされ接続されることにより界磁鉄心のリア側端面に固定されている。
これにより、上記第８実施形態の場合に比較して、部品点数の削減を確保しつつ同様の効果を達成し得る。
なお、上記各実施形態では、保持部材６０の円筒部６０ａを回転軸３０ａの断面円形状のリア側軸部３６に嵌合する例について説明したが、これに代えて、リア側軸部３６の外周面にローレット部を形成し、このローレット部に円筒部６０ａを圧入するようにしてもよい。
【００４０】
この場合でも、伸延部６０ｂが界磁鉄心３２のリア側端面に固定されているため、従来のローレット部のみで固定する構造に対し、締め代を十分小さく設定でき、圧入時の割れを防止できると同時に、保持部材６０が回転軸３０ａに対し相対回転するという事態が発生することも防止できる。
以上に述べたように、スリップリングを保持する保持部材に設けられた伸延部によって当該保持部材の回転が規制されている。この場合、伸延部は界磁部３０ｂに設けられた回り止め部と係合されるか、界磁部３０ｂに設けられた回り止め部に連結固定される。
【００４１】
しかも、伸延部は界磁鉄心の端面に対して回転規制手段により連結或いは固定されることが望ましく、回転規制手段としては、リベット止め、溶接、何らかの部材を介した係合又は接合などを採用できる。
さらに、伸延部によって保持部材の軸方向移動を規制することが望ましく、かかる構成によると保持部材の円筒部は専ら回転軸との同軸度を高めるように設計することができ、スリップリングの偏心を防止することができ、回転軸と別に保持部材を樹脂成型し、その後回転軸と組み合わせるという構造に好適である。
【００４２】
また、本発明の実施にあたっては、車両用交流発電機の回転子に限ることなく、各種産業用交流発電機の回転子に本発明を適用して実施してもよく、また、交流発電機に限ることなく、交流電動機の回転子等の各種回転電機の回転子に本発明を適用して実施してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る車両用交流発電機の第１実施形態を示す要部断面図である。
【図２】図１の回転子のリア側から見た側面図である。
【図３】本発明の第２実施形態を示す要部断面図である。
【図４】本発明の第３実施形態を示す要部断面図である。
【図５】本発明の第４実施形態を示す要部断面図である。
【図６】本発明の第５実施形態を示す要部断面図である。
【図７】本発明の第６実施形態を示す要部断面図である。
【図８】図７の回転子のリア側から見た側面図である。
【図９】本発明の第７実施形態を示す要部断面図である。
【図１０】図９の回転子のリア側から見た側面図である。
【図１１】本発明の第８実施形態を示す回転子のリア側から見た側面図である。
【図１２】本発明の第９実施形態を示す要部断面図である。
【図１３】本発明の第１０実施形態を示す要部断面図である。
【図１４】従来の交流発電機の回転子の断面図である。
【符号の説明】
３０…回転子、３０ａ…回転軸、３０ｂ…界磁部、３２…界磁鉄心、
３４…界磁コイル、３６…リア側軸部、５０…冷却ファン、５１…背板、
５２…円弧状延出部、５３…クランク状延出部、５２ａ…円弧方向両端部、
６０…保持部材、６０ａ…円筒部、６０ｂ…伸延部、
７０ａ、７０ｂ…スリップリング、８０ａ、８０ｂ…接続部材、
３２ａ、６１…挿入穴部、６２…リベット、６３…突起、６４…金属部材、
６４ａ…端部、６５…開口、Ｒ…連結部、９０…一体部材、
９１…冷却ファン部。

Claims (11)

1. 回転軸（３０ａ）と、前記回転軸に軸支した界磁鉄心（３２）と、前記界磁鉄心に巻装した界磁コイル（３４）と、スリップリング（７０ａ、７０ｂ）と、該スリップリングと前記界磁コイルを電気的に接続する接続部材と、前記スリップリングを保持する保持部材（６０）とを備えた回転電機において、
   前記保持部材が、前記界磁鉄心の端面に沿い径方向に延びる伸延部（６０ｂ）を有しており、該伸延部が前記界磁鉄心の端面に回転方向並びに軸方向に関して固定されることで前記保持部材の前記回転軸に対する移動を規制したことを特徴とする回転電機。
2. 前記界磁鉄心の軸方向端面に形成した挿入穴部（３２ａ）と、該挿入穴部に挿入される挿入素子（６２）を備え、前記伸延部を前記界磁鉄心の軸方向端面と前記挿入素子の間に挾み込んで固定したことを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
3. 前記伸延部と前記界磁鉄心の軸方向端面のうちの一方に突起部が形成され、また他方に挿入穴部が形成され、前記突起部を前記挿入穴部に圧入したことを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
4. 金属背板（５１）によって前記界磁鉄心の軸方向端面に固定される冷却ファン（５０）を備え、前記伸延部を前記金属背板と前記界磁鉄心の軸方向端面の間に挾み込んで固定したことを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
5. 前記伸延部に形成される突起部を備え、該突起部が前記金属背板に機械的に接続されたことを特徴とする請求項４に記載の回転電機。
6. 前記伸延部が、前記界磁鉄心により挾み込まれ前記回転軸に対する移動を規制されている部材と機械的に接続されたことを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
7. 前記伸延部にインサート成形される金属部材（６４）を備え、該金属部材が前記界磁鉄心の軸方向端面に固定されたことを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
8. 前記伸延部にインサート成形される冷却ファンを備え、該冷却ファンが前記界磁鉄心の軸方向端面に固定されたことを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
9. 前記金属部材と前記接続部材を一体成形し、これらを前記伸延部にインサート成形した後、電気的に分離したことを特徴とする請求項７に記載の回転電機。
10. 前記保持部材と一体で樹脂成形される冷却ファンを備えたことを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
11. 前記保持部材は、前記回転軸に同軸的に嵌合されている円筒部（６０ａ）を有し、該円筒部の内径は、前記回転軸との間に微小間隙をもつように形成されていることを特徴とすることを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか１つに記載の回転電機。

Images