JP4003334B2

JP4003334B2 - 車両用交流発電機

Info

Publication number: JP4003334B2
Application number: JP02714599A
Authority: JP
Inventors: 清不殿; 均入江
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1999-02-04
Filing date: 1999-02-04
Publication date: 2007-11-07
Anticipated expiration: 2019-02-04
Also published as: FR2789530B1; FR2789530A1; JP2000228841A; US6515398B1; DE19956701A1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は乗用車、トラック等に搭載される車両用交流発電機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、車両用交流発電機では、回転子の回転軸の一方端近傍に形成されたスリップリングへの水や油などの浸入を防止するために、シール部材を介して組み付けられたブラシホルダとスリップリングカバーが用いられており、これらによってスリップリング周辺部が保護されている。
【０００３】
また、スリップリングの冷却およびブラシ粉排除を目的とした空気の換気通路をシール部材の形状を工夫することにより確保していた。例えば、特公平７−３２５７１号公報には、ブラシホルダとスリップリングカバーとによってスリップリングの径方向の周辺を覆うとともに、軸方向についてはシール部材をブラシホルダおよびスリップリングカバーとリヤフレームあるいはリヤカバーの間に挿入することにより、車両用交流発電機のスリップリング周辺の気密性を高めた構造が開示されている。この車両用交流発電機では、リヤカバー側に配置されたシール部材に、円筒部の内外をつなぐ通路が形成されており、この通路の出口部分が保護部によって覆われている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した従来の車両用交流発電機では、リヤカバー側に配置されたシール部材は、円筒部の内外をつなぐ通路やその出口部分を覆う保護部等が形成されており、その形状が複雑になるため、これを成形するために用いられる成形型の構造も複雑になって製造コストの上昇を招くという問題があった。特に、この通路を介した水や油の浸入を防ぐために、この通路を迷路構造にすることが従来から行われているが、通路の形状が複雑になればなるほど、このシール部材を製造コストが上がることになる。
【０００５】
また、シール部材が複雑な形状を有するため、誤組み付けのおそれがあるとともに、このシール部材を柔らかいゴム材料等を用いて形成した場合には変形しやすいため、変形した状態で組み付ける乗り上げ組み付けが生じるおそれがある。特に、シール部材に設けられた通路が変形すると、このシール部材とリヤカバー等との間に隙間が生じるためスリップリング周辺の気密性が不充分になるという問題があった。このため、空気の吸い込み量が減ったり、閉塞した場合には全く空気を吸い込まなくなり、スリップリングの温度が上がったり、ブラシ粉の排除が不完全になるという不都合を生じることになる。
【０００６】
さらに、ブラシホルダおよびスリップリングカバーを軸方向の両側から２つのシール部材で挟み込む構造において、これら２つのシール部材を異なる形状、異なる材質で形成すると組み付け性が悪くなるため、スリップリングの摺動面に対してブラシの傾きが発生しやすくなり、摺動面が小さくなって界磁巻線に流れる電流が少なくなって、出力の低下を招くおそれもある。
【０００７】
本発明は、このような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、製造が容易であって、スリップリング周辺の良好な気密性が得られ、しかも組付性が良好な車両用交流発電機を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために、本発明の車両用交流発電機は、回転子の回転軸に設けられたスリップリングに摺接するブラシを収納するとともにスリップリングの外周部を覆うブラシ装置と、これらを覆うリヤカバーとを有しており、ブラシ装置に対向するリヤカバーの表面に、スリップリング周辺の内部空間の空気を換気する通路が形成されている。リヤカバーを利用して通路を形成することにより、シール部材の形状を工夫してこの通路を形成する場合に比べて、部品の形状が簡略化され、製造が容易となる。したがって、シール部材が単純な形状になるため、誤組み付けや乗り上げ組み付けが生じる可能性が低減される。また、ブラシ装置の軸方向の両側にシール部材を配置する場合に、これら２つのシール部材をいずれも単純な形状とすることができ、しかも同じような形状、材質とすることができる。したがって、良好な組み付け性を確保することができ、ブラシが傾斜した状態で組み付ける等の不都合を防止することができる。
【０００９】
また、上述した通路を迷路構造に形成し、一方端をスリップリング周辺の内部空間に開口させ、他方端をブラシ装置の外部に形成された空間に開口させることが望ましい。通路を迷路構造とすることにより、この通路を通って内部空間に水や油等が浸入することを有効に防止することができる。
【００１０】
また、ブラシ装置とリヤカバーとの間に挿入されたシール部材を備えて、このシール部材とリヤカバーとを密着させて通路の途中の密着性を得ることが望ましい。組み付け方向である軸方向にシール部材とリヤカバーとを密着させることにより通路の気密性が与えられるため、ブラシ装置やシール部材の組付けがしやすくなる。
【００１１】
また、リヤカバーは樹脂材料によって形成することが望ましい。リヤカバーを樹脂材料で形成する場合には、成形型の形状を変えるだけで任意形状の通路が形成できるため、迷路構造等を有する複雑な形状を有する通路を容易に形成することができる。
【００１２】
また、上述したリヤカバーは、ブラシ装置に対応する部分の少なくとも一部を含む所定領域に補強構造を形成することが望ましい。リヤカバーの所定領域に補強構造を形成することにより、リヤカバーの変形が防止できるため、ブラシ装置やシール部材とリヤカバーとを確実に接触させて、通路やスリップリング周辺の内部空間の気密性を確保することができる。また、リヤカバーの必要な部分のみに補強構造を形成することにより、構造や形状の簡素化が可能であり、部品コストの上昇を極力抑えることができる。
【００１３】
また、リヤカバーを樹脂材料によって形成する場合に、リヤカバーに埋設されたインサート金具によって補強構造を実現することが望ましい。樹脂製のリヤカバーにインサート金具を埋設することにより、この埋設部分の剛性を容易に高めることができる。
【００１４】
また、回転子と固定子とを収容するフレームに３本以上のボルトによってリヤカバーが固定されている場合に、これらのボルトの取付部によって包囲される領域をほぼ含むように上述した補強構造を形成することが望ましい。リヤカバーをフレームに対して組み付ける際に、ボルトの取付部に加わる締め付け力によってリヤカバーの変形が生じるため、この締め付け力が作用する領域を含むように補強構造を形成することにより、リヤカバーの変形を防止することができる。
【００１５】
また、上述したリヤカバーは、通路の他方端であってブラシ装置の外部に形成された開口部の壁面の一部を軸方向に延長した凸部を有することが望ましい。開口部の壁面の一部のみを軸方向に延長することにより、この開口部が同一平面上に形成されることを防止することができる。このため、水や油等の膜がこの開口部に形成されにくくなって、膜形成時のように水等が通路に容易に吸入されて浸入することを防止することができる。
【００１６】
また、上述したリヤカバーは、ブラシ装置の周囲であって、ブラシ装置の外部に形成された通路の他方端の開口部を少なくとも覆う位置に衝立を形成することが望ましい。開口部を覆うように衝立を設けることにより、開口部に対する水や油等の直接的な浸入を低減することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を適用した一実施形態の車両用交流発電機について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１８】
図１は、車両用交流発電機の全体構成を示す図である。図１に示す車両用交流発電機１は、固定子２、回転子３、フレーム４、ブラシ装置５、リヤカバー６等を含んで構成されている。
【００１９】
固定子２は、固定子鉄心２２と、３相の固定子巻線２３と、固定子鉄心２２と固定子巻線２３との間を電気絶縁するインシュレータ２４とを備えている。
【００２０】
回転子３は、絶縁処理された銅線を円筒状かつ同心状に巻き回した界磁巻線３１を、それぞれが６個の爪部を有するポールコア３２によって、回転軸３３を通して両側から挟み込んだ構造を有している。また、フロント側のポールコア３２の端面には、フロント側から吸い込んだ冷却風を軸方向および径方向に吐き出すための冷却ファン３５が溶接等によって取り付けられている。同様に、リヤ側のポールコア３２の端面には、リヤ側から吸い込んだ冷却風を径方向に吐き出すための冷却ファン３６が溶接等によって取り付けられている。また、回転軸３３のリヤ側端部近傍には、界磁巻線３１の両端に電気的に接続された２つのスリップリング３７、３８が形成されており、これらのスリップリング３７、３８を介してブラシ装置５から界磁巻線３１に対して給電が行われる。
【００２１】
フレーム４は、固定子２および回転子３を収容しており、回転子３が回転軸３３を中心に回転可能な状態で支持されているとともに、回転子３のポールコア３２の外周側に所定の隙間を介して配置された固定子２が固定されている。また、フレーム４は、固定子鉄心２２の軸方向端面から突出した固定子巻線２３に対向した部分に冷却風の吐出窓４２を有し、軸方向端面に吸入窓４１を有している。
【００２２】
ブラシ装置５は、２つのスリップリング３７、３８のそれぞれに摺接する２つのブラシ５１、５２を収納するブラシホルダ５３と、ブラシホルダ５３とともにスリップリング３７、３８の外周を覆うスリップリングカバー５４と、組み付け時にブラシホルダ５３およびスリップリングカバー５４の軸方向端部に配置されてスリップリング３７、３８の周辺に形成される空間の気密性を高める２つのシール部材５５、５６とを含んで構成されている。これらシール部材５５、５６は、板状のゴム製である。
【００２３】
リヤカバー６は、リヤ側のフレーム４の外側に取り付けられるブラシ装置５や整流装置およびＩＣレギュレータを覆うように取り付けられ、これらを異物から保護する。このリヤカバー６は、樹脂材料によって形成されており、同心円に沿って形成された複数の吸入窓と、フレーム４に取り付けられた３本のボルト４３が貫通する３個の取付孔と、これら３つの取付孔を含む領域に埋設されたインサート金具６３とを有している。ブラシ装置５およびリヤカバー６の詳細構造については後述する。
【００２４】
上述した構造を有する車両用交流発電機１は、ベルト等を介してプーリ２０にエンジン（図示せず）からの回転力が伝えられると回転子３が所定方向に回転する。この状態で回転子３の界磁巻線３１に外部から励磁電圧を印加することにより、ポールコア３２のそれぞれの爪部が励磁され、固定子巻線２３に３相交流電圧を発生させることができ、出力端子１０からは所定の直流電流が取り出される。
【００２５】
次に、ブラシ装置５およびリヤカバー６の詳細構造について説明する。図２は、ブラシホルダ５３とスリップリングカバー５４との組み付け状態を示すブラシ装置５の斜視図である。また、図３はブラシ５１、５２を組み付ける前のブラシホルダ５３の斜視図、図４はスリップリングカバー５４の斜視図である。
【００２６】
熱硬化性樹脂よりなるブラシホルダ５３は、ブラシ５１、５２を収納するための第１収納部１５０とピグテールを収納するための第２収納部１５１とが形成された箱部１５２を備え、箱部１５２のスリップリング３７、３８側が、その表面積を拡大させるとともに、スリップリング３７、３８の外周面に沿った凹曲面状に形成された肉厚部１５３になっている。ブラシホルダ５３は、箱部１５２の径方向における両側の端面１５４に、金属板よりなる正極側および負極側の端子１５５を突出させて一体にモールド成形されている。また、肉厚部１５３の凹曲面状に形成された面の径方向における両端部には、軸方向の全長にわたって断面が長方形形状を有する凹部１５６が形成されており、肉厚部１５３の径方向における両端面には、それぞれ２個ずつの凸部１５７が形成されている。
【００２７】
スリップリングカバー５４は、回転軸３３の一方端側に形成されたスリップリング３７、３８を覆って保護するためのものであり、筒体の周の約１／４を取り除いた形状を有し、径方向の断面形状が円周の約３／４となる。したがって、スリップリングカバー５４は、周方向に約３／４円を有する樹脂材料（例えばナイロン製）からなるほぼ円筒状の周壁１６０によって構成されている。この周壁１６０の周方向における両端部には、ブラシホルダ５３の凹部１５６と嵌め合わされるための、軸方向に伸びる比較的薄肉のＶ字状凸部１６１が形成されている。また、Ｖ字状凸部１６１の外側には、ブラシホルダ５３の凸部１５７と係合するかぎ状の突起部１６２が形成されている。
【００２８】
ブラシ装置５は、スリップリングカバー５４を固定しておいて、ブラシホルダ５３の凹部１５６をスライドさせながらスリップリングカバー５４のＶ字状凸部１６１に嵌め合わせることにより組み付けられる。ブラシ装置５は、このようにして組み付けられた状態で軸方向の両端面において段差が生じないように、ブラシホルダ５３とスリップリングカバー５４のそれぞれの軸方向長さが設定されている。例えば、図２に示すように、ブラシホルダ５３の箱部１５２と肉厚部１５３のリヤカバー６側の端面とスリップリングカバー５４のリヤカバー６側端面のそれぞれが段差のない同一平面上に形成されている。また、少なくともブラシホルダ５３の肉厚部１５３のフレーム４側の端面とスリップリングカバー５４のフレーム４側端面とが段差のない同一平面上に形成されている。
【００２９】
次に、リヤカバー６の詳細構造について説明する。図５は、リヤカバー６の平面図であり、ブラシ装置５等が収納されているフレーム４側からみた形状が示されている。また、図６は図５に示したＶＩ−ＶＩ線断面図であり、図７は図５に示したＶＩＩ−ＶＩＩ線断面図である。
【００３０】
リヤカバー６は、ほぼ円形に形成された平面部６４と、この平面部６４の周囲を軸方向に延長した円筒部６５とを有しており、円筒部６５の一方端に形成される開口側にブラシ装置５等を収容してこれらを保護するようになっている。平面部６４には、シール部材５６を挟んでブラシ装置５と対向する領域に、１ヶ所以上の屈曲した形状を有する溝部６６によって迷路構造が形成されている。
【００３１】
図８は、迷路構造が形成された領域近傍の拡大図である。また、図９はこの迷路構造近傍の部分的な斜視図であり、ブラシ装置５等との対応関係が示されている。図８においてハッチングが付された領域６９が、シール部材５６によって覆われる領域であり、リヤカバー６に形成された溝部６６とこの溝部６６の開口を閉塞するように配置されるシール部材５６とによって囲まれた迷路構造の空間によって換気通路６７が形成される。換気通路６７は、ブラシホルダ５３、スリップリングカバー５４およびシール部材５６の内周壁５７とスリップリング３７、３８とによって挟まれた内部空間とブラシ装置５の外部のリヤカバー６内の空間とをつないでいる。この内部空間は、ブラシ装置５とその軸方向の両端面側に配置される２つのシール部材５５、５６とによって気密性が保たれており、回転子３を回転させてこの内部空間が負圧あるいは正圧になると、換気通路６７の一方端に形成された開口部６８から空気が吸入あるいは吐出され、換気通路６７を通ってこの内部空間が換気される。この空気によって、ブラシ５１、５２の摺動によって昇温したスリップリング３７、３８の冷却と、摺動によって生じたブラシ粉の排除が行われる。
【００３２】
また、リヤカバー６は、シール部材５６に覆われる領域６９を挟む位置に２つの凸部７０、７１と、これら２つの凸部７０、７１を包囲するように形成された衝立７２（図５においてはハッチングが付された範囲が衝立７２を示している）とを有している。２つの凸部７０、７１は、それらの間にシール部材５６が取り付けられるため、このシール部材５６の位置決め用としても用いられる。また、凸部７０は、上述した換気通路６７の一方の開口部６８を形成する壁面の一部を回転軸３３の軸方向に延長した形状を有している。この凸部７０、７１は、シール部材５６に接して延びており、シール部材５６の側面と共に軸方向に延びる通路を区画している。しかもこの凸部７０、７１は、シール部材５６の厚さ以上に延出している。このように、開口部６８の一部の壁面のみを軸方向に延長することにより、開口部６８がリヤカバー６の内側表面と同一平面上に形成されなくなるため、開口部６８に水や油等によって膜が形成されることを防止することができる。したがって、換気通路６７につながっている内部空間が負圧になった場合であっても、形成された膜とともに水や油等を吸い込むことを防止することができる。
【００３３】
リヤカバー６に形成された衝立７２は、２つの凸部７０、７１より長く軸方向に延びている。この衝立７２は、車両用交流発電機１を車両（図示せず）に組み付けた際に、換気通路６７の一方端の開口部６８を天方向から覆うような範囲にわたって形成されている。これにより、リヤカバー６に設けられた複数の吸入窓６１から水等が浸入したときに、開口部６８が直接的に被水することを防止することができる。
【００３４】
また、上述したように、リヤカバー６はシール部材５６に覆われる領域６９を含む範囲に埋設されたインサート金具６３を有している。図１０は、インサート金具６３のみを抜き出して詳細形状を示す平面図である。また、図１１は図１０に示したＸＩ−ＸＩ線断面図である。このインサート金具６３は、シール部材５６を介してブラシ装置５が押圧された場合に、リヤカバー６の変形を防止するための補強構造を実現するためのものである。インサート金具６３は、３本のボルト４３を貫通させる３つの取付孔６２の周囲であってリヤカバー６を取り付けるために用いられる３つのナット７４の座面に対応する部分が露出して、これらのナット７４による締め付け力がインサート金具６３に直接的に加わるようになっている。インサート金具６３が埋設されて変形しにくいリヤカバー６の一部がシール部材５６を介してブラシ装置５のブラシホルダ５３およびスリップリングカバー５４の軸方向端部に押圧されるため、シール部材５６を挟み込むことにより、換気通路６７の途中の気密性およびブラシ装置５内の内部空間の気密性を確実に実現することができる。
【００３５】
インサート金具６３は、取付孔６２毎に突き出した花弁状に形成されている。インサート金具６３は、開口部１６４を有している。この開口部１６４は、鉤型に配置された溝部６６と円形凹部６６ａとを収容する範囲にわたって広がっている。溝部６６と凹部６６ａとによって形成される換気通路６７は、インサート金具６３の開口部１６４の平面的な範囲内に収容され、軸方向には重複して位置している。そして、溝部６６と凹部６６ａとは、インサート金具６３によって制約されることなく、十分な深さをもって形成されている。
【００３６】
また、開口部１６４は、シール部材５６よりは狭く形成されている。これによりインサート金具６３とブラシ装置５との間にシール部材５６が直接的に挟持され、すなわちボルト４３とナット７３とによる締付方向に三者が積層され、ブラシ装置５のリヤ側端面に確実にシール部材５６を密着させることができる。
【００３７】
このように、本実施形態の車両用交流発電機１では、ブラシ装置５によって形成される内部空間の空気を換気するための換気通路６７を、リヤカバー６の一部に溝部６６を形成するとともにこの溝部６６の表面にシール部材５６を押圧することにより形成している。したがって、この内部空間の気密性を高めるために用いられるシール部材５６を、他方のシール部材５５と同じような単純な形状（例えば平板状）とすることができるため、組み付け作業が容易となって、誤組み付けや乗り上げ組み付けの発生を防止することができる。このため、ブラシ装置５を傾斜した状態で組み付けることを防止することができ、スリップリング３７、３８に摺接するブラシ５１、５２の当たり面の面積が少なくなることによる出力の低下を防止することができる。また、リヤカバー６の表面に溝部６６を形成するだけで換気通路６７の迷路構造を形成することができるため、柔らかいゴム等を用いたシール部材に吸気通路を形成する場合に比べて、通路形状の変形防止、製造の容易化を図ることができる。
【００３８】
また、リヤカバー６の一部にインサート金具６３を埋設することにより、リヤカバー６を部分的に補強することにより、シール部材５６に対するリヤカバー６の当たり面の変形を防止することができ、ブラシ装置５によってスリップリング３７、３８を覆って形成される内部空間の気密性を確保することができる。
【００３９】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。例えば、上述した実施形態では、樹脂材料で形成されたリヤカバー６を用いたが、プレス加工によって鉄板やアルミニウム板を変形させたリヤカバーや、あるいはアルミダイカスト等によって形成されたリヤカバーを用いるようにしてもよい。また、リヤカバー６の一部を補強構造とするためにこのリヤカバー６に部分的にインサート金具６３を埋設したが、インサート金具６３を用いないようにしてもよい。この場合には、ブラシ装置５に対向する領域の変形を防止するために、３カ所の取付孔６２によって包囲される領域の全部あるいは一部を含む所定領域を肉厚に形成することが好ましい。また、インサート金具６３を用いない場合であっても、ブラシ装置５に対向する領域が変形しない場合、あるいは変形してもシール部材５６によってこの変形分が吸収されて吸入空気の漏れ等が生じない場合には、肉厚を増す等の補強構造としなくてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】車両用交流発電機の全体構成を示す図である。
【図２】ブラシホルダとスリップリングカバーとの組み付け状態を示すブラシ装置の斜視図である。
【図３】ブラシを組み付ける前のブラシホルダの斜視図である。
【図４】スリップリングカバーの斜視図である。
【図５】リヤカバーの内側から見た平面図である。
【図６】図５に示したＶＩ−ＶＩ線断面図である。
【図７】図５に示したＶＩＩ−ＶＩＩ線断面図である。
【図８】迷路構造が形成された領域近傍の拡大図である。
【図９】迷路構造近傍の部分的な斜視図である。
【図１０】インサート金具のみを抜き出して詳細形状を示す平面図である。
【図１１】図１０に示したＸＩ−ＸＩ線断面図である。
【符号の説明】
１車両用交流発電機
２固定子
３回転子
４フレーム
５ブラシ装置
６リヤカバー
３７、３８スリップリング
５１、５２ブラシ
５３ブラシホルダ
５４スリップリングカバー
５５、５６シール部材
６２取付孔
６３インサート金具
６４平面部
６５円筒部
６６溝部
６７換気通路
６８開口部
７０、７１凸部
７２衝立

Claims

回転子の回転軸に設けられたスリップリングに摺接するブラシを収納するとともに前記スリップリングの外周部を覆うブラシ装置と、少なくとも前記ブラシ装置を前記回転軸の軸方向外側から覆うリヤカバーとを有する車両用交流発電機において、
前記ブラシ装置に対向する前記リヤカバーの表面に、前記ブラシ装置と前記スリップリングとの間に形成された内部空間の空気を換気する通路を形成し、
前記通路は迷路構造を有しており、一方端が前記内部空間に開口し、他方端が前記ブラシ装置の外部に形成された空間に開口しており、
前記リヤカバーは、前記通路の他方端であって前記内部空間と反対側に形成された開口部の壁面の一部を軸方向に延長した凸部を有することを特徴とする車両用交流発電機。
請求項１において、
さらに前記ブラシ装置と前記リヤカバーとの間に挿入されるシール部材を備え、
前記通路は、前記リヤカバーと前記シール部材とを密着して、通路途中の気密性が与えられることを特徴とする車両用交流発電機。
請求項１もしくは２において、
前記リヤカバーを樹脂材料によって形成することを特徴とする車両用交流発電機。
請求項１〜３のいずれかにおいて、
前記リヤカバーは、前記ブラシ装置に対向する部分の少なくとも一部を含む所定領域に補強構造が形成されていることを特徴とする車両用交流発電機。
請求項４において、
前記補強構造は、樹脂材料によって形成された前記リヤカバーに埋設されたインサート金具であることを特徴とする車両用交流発電機。
請求項４または５において、
前記リヤカバーは、回転子と固定子とを収容するフレームに３本以上のボルトによって固定されており、これらのボルトの取付孔によって包囲される領域をほぼ含むように前記補強構造が形成されていることを特徴とする車両用交流発電機。
請求項１〜６のいずれかにおいて、
前記リヤカバーは、前記ブラシ装置の周囲に、前記通路の他方端であって前記内部空間と反対側に形成された開口部を少なくとも覆う位置に形成された衝立を有することを特徴とする車両用交流発電機。