JP4046444B2 - 車両用交流発電機 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、スリップリング本体から口出線を通じてロータコイルに電流が供給される車両用交流発電機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図８は従来の車両用交流発電機の断面図、図９は図８のロータの斜視図（ファンの一部が除去されている。）、図１０は図９の要部断面図である。
この車両用交流発電機は、アルミニウム製のフロントブラケット１及びリヤブラケット２から構成されたケース３と、このケース３内に設けられ一端部にプーリ４が固定されたシャフト６と、このシャフト６に固定されたランドル型のロータ７と、ロータ７の両側面に固定されたファン５と、ケース３内の内壁面に固定されたステータ８と、シャフト６に固定されロータ７に電流を供給するスリップリング本体９と、一対のブラシ１０と、このブラシ１０を収納したブラシホルダ１１と、ステータ８に電気的に接続されステータ８で生じた交流を直流に整流する整流器１２と、ブラシホルダ１１に嵌着されたヒートシンク１８と、このヒートシンク１８に接着されステータ８で生じた交流電圧を調整するレギュレータ１９とを備えている。
【０００３】
ロータ７は、ボビン１４に導線が巻回されて構成され電流を流して磁束を発生するロータコイル１３と、このロータコイル１３を覆って設けられその磁束によって磁極が形成されるポールコア１５とを備えている。ポールコア１５は一対の交互に噛み合った爪状の第１のポールコア体２１及び第２のポールコア体２２から構成されており、主に低炭素鋼で鍛造製法により製作されている。
【０００４】
ステータ８は、ステータコア１６と、このステータコア１６に導線が巻回されロータ７の回転に伴い、ロータコイル１３からの磁束の変化で交流が生じるステータコイル１７とを備えている。
【０００５】
スリップリング本体９は、ブラシ１０の先端が摺動するスリップリング４０と、このスリップリング４０と電気的に接続されたターミナル４１と、インサート成形により一部を除いてターミナル４１を埋設しているとともに、シャフト６が圧入された樹脂部４２とを備えている。
整流器１２は、円弧帯状で裏面に複数個のフィン２４ａがある正極側ヒートシンク２４と、この正極側ヒートシンク２４の表面に半田付けで固定された４個の正極側ダイオ−ド２３と、円弧帯状で裏面に複数個のフィン２６ａがある負極側ヒ−トシンク２６と、この負極側ヒートシンク２６に半田付けで固定された複数個の負極側ダイオ−ド２５と、各々のダイオ−ド２３，２５とステ−タコイル１６とを電気的に接続するサ−キットボ−ド２７とを備えており、この整流器１２はステ−タ８で生じた三相交流を直流に整流している。
正極側ヒートシンク２４及び負極側ヒ−トシンク２６は熱伝導率の高いアルミニウムで構成されており、また外径側の負極側ヒートシンク２６はケース３に直付けされてアースされている。正極側ダイオ−ド２３及び負極側ダイオード２５は、全体形状が矩形状に樹脂モ−ルド成形されて構成されている。
【０００６】
ロータ７のボビン１４には、その片側のフランジ３０に等分間隔をおいて円弧状の回り止め部３１が設けられている。この回り止め部３１は第１のポールコア体２１の爪状磁極３２間の円弧状に切り欠かれた根元部３３に係合されており、ロータ７とポールコア１５との周方向の相対変位を防止している。対向した一対の回り止め部３１には断面Ｅの字形状の巻回部３４が一体で設けられている。この巻回部３４には、ロータコイル１３から導出した口出線３５の基端部３５ｂが２重に巻回されている。この口出線３５は根元部３３からスリップリング本体９に向かって延びた溝部３６に沿って延びている。口出線３５は樹脂部４２に形成されたフック３７に係止され、引き続き先端部３５ａがターミナル４１の先端部に２重に巻回されている。口出線３５の中間部には接着剤４４で溝部３６に接着された絶縁チューブ３８で被覆されている。この絶縁チューブ３８は、根元部３３のコーナ部４３に口出線３５が当接し摩耗により口出線３５のエナメル被覆が破損するのを防止するためである。
【０００７】
上記構成の車両用交流発電機では、バッテリ（図示せず）からブラシ１０、スリップリング４０を通じてロータコイル１３に電流が供給されて磁束が発生する一方、エンジンによってプーリ４は駆動され、シャフト６を介してロータ７が回転するため、ステータコイル１７には回転磁界が与えられ、ステータコイル１７には起電力が生じる。この交流の起電力は、整流器１２のダイオード２３、２５を通って直流に整流されるとともに、レギュレータ１９によりその大きさが調整されて、バッテリに充電される。
【０００８】
ところで、エンジンのクランクプーリ（図示せず）とプーリ４とのプーリ比は、通常１対（２．２〜２．７）であるため、車両用交流発電機のロータ７はエンジンの回転数にもよるが、１５０００ｒｐｍ以上の高速回転とエンジンの急加減速によるアップダウンの回転負荷に受ける。
また、高速回転発電時には、第１のポールコア体２１及び第２のポールコア体２２は、発電により、ステータ８とロータ７との隙間Ａで生じる磁気吸引力によって、図１３に示すように矢印Ｂの方向に大きく振動している。
【０００９】
また、ロータコイル１３、ステ−タコイル１７、正極側ダイオ−ド２３、負極側ダイオード２５、レギュレ−タ１８は交流機発電中、常に発熱している。そして、例えば定格出力電流１００Ａクラスの交流発電機では、ロータコイル１３では６０Ｗ、ステータコイル１７では５００Ｗ、正極側ダイオード２３及び負極側ダイオード２５の合計では１２０Ｗ、レギュレータ１８では６Ｗの発熱量がある。これらの発熱体の過度の発熱は、交流発電機の性能を悪化させ、また部品の寿命を低下させることになる。
そのため、回転子７の回転とともにファン５が回転し、この回転によりケース３の開口部Ｃからケース３内に外気が流入し、その外気は図８の矢印Ｄで示すように流れる。つまり、外気は、負極側ヒートシンク２６、負極側ダイオード２５、正極側ヒートシンク２４、正極側ダイオード２３を冷却した後、ファン５により半径外側方向に流れ、リヤ側のステ−タコイル１７のエンド部１７ａを冷却し、開口部Ｅから外気へ放出される。
【００１０】
また、ファン５の回転により開口部Ｆからもケース３内に外気が流入し、その外気は図８の矢印Ｇで示すように流れている。つまり、外気はレギュレ−タ１８のパワートランジスタを冷却した後、ファン５により半径外側方向に流れ、リヤ側のステ−タコイル１７のエンド部１７ａを冷却し、開口部Ｈから外部に放出される。
同様に、フロントブラケット１の開口部Ｉから流入した外気は、ファン５により半径外側方向に流れ、フロント側のステ−タコイル１７のエンド部１７ｂを冷却している。その外気はその後、開口部Ｊからケース３の外部に放出される。
【００１１】
実際の車両運転時は、車両のエンジンルームの雰囲気温度が１００℃と高温であるため、瞬間温度は、ロータコイル１３、ステ−タコイル１６、ダイオ−ド２３，２５で約２００℃、レギュレ−タ１９のヒートシンク１８で約１５０℃まで上昇する。そして、スリップリング本体９及び口出線３５は、ダイオード２３，２５等の発熱体と熱交換された空気の熱と、ステ−タコイル１６からの輻射熱とで、１５０℃以上の高温にさらされる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
上記の車両用交流発電機では、ロータ７は高回転、急加減速、高温度、過大な振動にさらされており、スリップリング本体９とロータコイル１３とを電気的に接続した口出線３５は遠心力、加振力を受ける。
特に、回り止め部３１と一体の巻回部３４はロータコイル１３の外周面より外側に配置されているので、巻回部３４から導出した口出線３５は、それだけスリップリング本体９までの長さ寸法が大きくなり、口出線３５の半径方向の寸法及び重さの増大により、口出線３５に加わる遠心力が大きくなり、それだけ口出線３５には大きな応力が生じて断線が生じて、ロータ７の回転磁界を発生するための電流供給が停止し、発電停止となる虞があるという問題点があった。
【００１３】
また、口出線３５は巻回部３４と根元部３３のコーナ部４３との間では浮いた状態になっているので、口出線３５はコーナ部４３を中心として振動を受け易く、例えばコーナ部４３で口出線３５が断線する虞があるという問題点があった。
【００１４】
この発明は、かかる問題点を解決することを課題とするものであって、口出線が受ける遠心力及び加振力を低減して口出線の断線を防止する車両用交流発電機を得ることを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る車両用交流発電機では、ロータコイルから導出した口出線は、爪状磁極間の根元部にシャフトの軸線とほぼ平行に形成された壁面に当接して沿って延びている。
【００１６】
この発明に係る車両用交流発電機では、回り止め部に口出線の基端部が係止される係止溝が形成されている。
【００１７】
この発明に係る車両用交流発電機では、回り止め部に口出線の基端部が巻回される巻回部が設けられている。
【００１８】
この発明に係る車両用交流発電機では、回り止め部の係止溝は、ロータコイルの外周面よりも内側からスリップリング本体に向かって口出線が導出されるようになっている。
【００２０】
この発明に係る車両用交流発電機では、回り止め部とスリップリング本体との間の口出線は、絶縁チューブで被覆されている。
【００２１】
この発明に係る車両用交流発電機では、係止溝内の口出線は、絶縁チューブで被覆されている。
【００２２】
この発明に係る車両用交流発電機では、ポールコアと絶縁チューブとは接着剤で接着されている。
【００２３】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態について説明するが、図８ないし図１３と同一または相当部分は同一符号を付して説明する。
図１はこの発明の実施の形態１の車両用交流発電機のロータの斜視図（ファンの一部は省略されている。）、図２は図１のロータの要部断面図である。
この車両用交流発電機は、アルミニウム製のフロントブラケット１及びリヤブラケット２から構成されたケース３と、このケース３内に設けられ一端部にプーリ４が固定されたシャフト６と、このシャフト６に固定されたランドル型のロータ５０と、ロータ５０の両側面に固定されたファン５と、ケース３内の内壁面に固定されたステータ８と、シャフト６の他端部に固定されロータ５０に電流を供給するスリップリング本体９と、一対のブラシ１０と、このブラシ１０を収納したブラシホルダ１１と、ステータ８に電気的に接続されステータ８で生じた交流を直流に整流する整流器１２と、ブラシホルダ１１に嵌着されたヒートシンク１８と、このヒートシンク１８に接着されステータ８で生じた交流電圧を調整するレギュレータ１９とを備えている。
【００２４】
ロータ５０は、ボビン１４に導線が巻回されて構成され電流を流して磁束を発生するロータコイル１３と、このロータコイル１３を覆って設けられその磁束によって磁極が形成されるポールコア１５とを備えている。ポールコア１５は一対の交互に噛み合った爪状の第１のポールコア体２１及び第２のポールコア体２２から構成されており、主に低炭素鋼で鍛造製法により製作されている。
【００２５】
ステータ８は、ステータコア１６と、このステータコア１６に導線が巻回されロータ５０の回転に伴い、ロータコイル１３からの磁束の変化で交流が生じるステータコイル１７とを備えている。
【００２６】
スリップリング本体９は、スリップリング４０と、このスリップリング４０と電気的に接続されたターミナル４１と、インサート成形により一部を除いてターミナル４１を埋設しているとともに、シャフト６が圧入された樹脂部４２とを備えている。
整流器１２は、円弧帯状で裏面に複数個のフィン２４ａがある正極側ヒートシンク２４と、この正極側ヒートシンク２４の表面に半田付けで固定された４個の正極側ダイオ−ド２３と、円弧帯状で裏面に複数個のフィン２６ａがある負極側ヒ−トシンク２６と、この負極側ヒートシンク２６に半田付けで固定された複数個の負極側ダイオ−ド２５と、各々のダイオ−ド２３，２５とステ−タコイル１６とを電気的に接続するサ−キットボ−ド２７とを備えており、ステ−タ８で生じた三相交流を直流に整流している。
【００２７】
ロータ５０のボビン１４には、その片側のフランジ３０に等分間隔をおいて円弧状の回り止め部５１が６個数設けられている。この回り止め部５１は第１のポールコア体２１の爪状磁極３２間の円弧状に切り欠かれた根元部３３に係合されており、ロータ５０とポールコア１５との周方向の相対変位を防止している。６個の回り止め部５１のうち、対向した２個の回り止め部５１には互いに直交した第１の係止溝５２及び第２の係止溝５３を有している。ロータコイル１３から導出した口出線５４は第１の係止溝５２を通って第２の係止溝５３に導き出されている。この口出線５４は、引き続き溝部３６に沿って延び、フック３７に係止された後、先端部５４ａがターミナル４１の先端部に２重に巻回されている。口出線５４の中間部は絶縁チューブ５５で被覆されている。
【００２８】
上記構成の車両用交流発電機では、口出線５４は第１のポールコア体２１の根元部３３ではシャフト５の軸線とほぼ平行に形成された壁面５６に沿って当接して延びているので、従来のものと比較して回り止め部５１とフック３７との間の口出線５４の寸法が短くなり、重さが小さくなるので、口出線３５に加わる遠心力が低減され、また第１のポールコア体２１の振動が口出線５４に与える影響を低減することができ、口出線３５の断線を防止することができる。なお、口出線３５は壁面５６に必ずしも当接する必要性はなく、ロータコイル１３の外周面よりも内側からスリップリング本体９に向かって導出するものでもよい。
【００２９】
本願の発明者は、上記構成の車両用交流発電機を用いて、雰囲気温度１００℃、ロータ５０の回転数０rｐm〜１８０００rｐm、３０秒サイクルで実験を行ったところ、従来のものでは１５０時間で口出線が断線したのに対して、この実施の形態では約８００時間で口出線５４が断線し、高速耐久性が大幅に向上したことが分かった。
【００３０】
実施の形態２．
図３はこの発明の実施の形態２の車両用交流発電機の要部斜視図、図４は図３の要部断面図である。
この実施の形態では、ロータ６０のボビン６１の対向した一対の回り止め部６７に断面Ｅの字形状の巻回部６３が一体で設けられており、この巻回部６３に、ロータコイル１３から導出した口出線６４の基端部６４ｂが１重に巻回されている。この口出線６４は、係止溝６６から根元部３３の壁面５６に沿って延び、引き続き溝部３６に沿って延びている。口出線６４を被覆した絶縁チューブ６５は溝部３６及び壁面５６に接着剤４４で接着されている。
【００３１】
この実施の形態では、口出線６４の基端部６４ｂが巻回部６３で巻回されているので、基端部５４ｂが係止溝５２，５３に係止された実施の形態１の口出線５４と比較して確実に係止され、例えば工場敷地内でロータ６０を運搬するときに口出線６４の係止が解除されにくくなる。また、巻回部３４に巻回された従来の口出線３５と比較して、係止溝６６でも口出線６４は係止され、巻回部６３に巻回される口出線６４の巻回数を減らすことができ（従来例では巻回数は２回、この実施の形態では巻回数は１回）、それだけ口出線６４の重さを低減でき、口出線６４に加わる遠心力を低減することができる。
また、口出線６４を被覆した絶縁チューブ６５は溝部３６及び壁面５６に接着剤４４で接着されているので、口出線６４は第１のポールコア体２１と一体となって変動し、口出線６４自身の振動数は無くなり、口出線６４の耐振性が向上する。
【００３２】
実施の形態３．
図５はこの発明の実施の形態３の車両用交流発電機の要部斜視図である。
この実施の形態のロータ７０では、回り止め部７１に断面Ｅの字形状の巻回部６３が一体で設けられており、この巻回部６３に、ロータコイル１３の口出線７５の基端部７５ｂが１重に巻回されている。回り止め部７１は、実施の形態２の回り止め部６７と比較して、先端部の曲率半径が小さく、また径方向の寸法が大きくなっており、第１のポールコア体２１の根元部７２の壁面７３はこの回り止め部７１と当接する形状になっている。
【００３３】
この実施の形態３では、回り止め部７１の先端部はほぼＶの字形状であり、その先端部に形成された係止溝７４が実施の形態２と比較して半径内側にあり、それだけ口出線７５の径方向の寸法が小さくなり、口出線７５に作用する遠心力を低減することができる。また、実施の形態２と比較して壁面７３と回り止め部７１との接触面積が増大しているので、第１のポールコア体２１と回り止め部７１との相対移動は抑制され、口出線７５自体の振動は低減される。
【００３４】
実施の形態４．
図６はこの発明の実施の形態４の車両用交流発電機の要部斜視図、図７は図６の要部断面図である。
この実施の形態のロータ８０では、回り止め部８１の係止溝８２内の口出線８４は一部を除いて絶縁チューブ８３で被覆されている。
この実施の形態４では、回り止め部８１の係止溝８２内において口出線８４に加わる荷重のかなりの部分は絶縁チューブ８３で支持され、口出線８４に生じる応力は低減され、それだけ口出線８４の断線が生じにくくなる。また、係止溝８２の入り口部９０は幅が狭くなっているので、係止溝８２内の口出線８４は周方向に変位しにくく、それだけ口出線８４の断線の発生を低減することができる。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明に係る車両用交流発電機によれば、ロータコイルの口出線は、爪状磁極間の根元部にシャフトの軸線とほぼ平行に形成された壁面に沿って延びているので、従来のものと比較してスリップリング本体とロータコイルとを接続する口出線の半径方向の寸法が短くなるとともに、重さが小さくなり、それだけ口出線に加わる遠心力が低減され、また口出線自身の振動が抑制され、口出線の断線を低減することができる。
また、回り止め部に口出線の基端部が係止される係止溝が形成されているので、口出線を係止する部材を新たに設けることなく、口出線を回り止め部に係止することができる。
また、口出線は、根元部の壁面に当接しているので、口出線の変位は抑制され、口出線の断線をより確実に防止することができる。
【００３７】
また、この発明に係る車両用交流発電機によれば、回り止め部に口出線の基端部が巻回される巻回部が設けられているので、この巻回部に口出線の基端部を巻回することで確実に係止され、例えば工場敷地内でロータを運搬するときに口出線の係止が解除されることを防止することができる。
【００３８】
また、この発明に係る車両用交流発電機によれば、回り止め部の係止溝は、ロータコイルの外周面よりも内側からスリップリング本体に向かって口出線が導出されるようになっているので、それだけ口出線の半径方向の寸法及び重さが小さくなり、口出線に作用する遠心力をより低減することができ、口出線の断線をより確実に防止することができる。
【００４０】
また、この発明に係る車両用交流発電機によれば、回り止め部とスリップリング本体との間の口出線は、絶縁チューブで被覆されているので、口出線に加わる荷重の多くは絶縁チューブで支持され、口出線に生じる応力が低減され、口出線の断線をより確実に防止することができる。
【００４１】
また、この発明に係る車両用交流発電機によれば、係止溝内の口出線は、絶縁チューブで被覆されているので、係止溝内において口出線に加わる荷重のかなりの部分は絶縁チューブで支持され、口出線に生じる応力は低減され、口出線の係止溝内での断線を確実に防止することができる。
【００４２】
また、この発明に係る車両用交流発電機によれば、ポールコアと絶縁チューブとは接着剤で接着されているので、口出線はポールコアとともに変位し、口出線自身による振動は無くなり、口出線自身の振動に起因した断線を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１の車両用交流発電機のロータの斜視図である。
【図２】 図１のロータの要部断面図である。
【図３】 この発明の実施の形態２の車両用交流発電機のロータの要部斜視図である。
【図４】 図３の要部断面図である。
【図５】 この発明の実施の形態３の車両用交流発電機のロータの要部斜視図である。
【図６】 この発明の実施の形態４の車両用交流発電機のロータの要部斜視図である。
【図７】 図６の要部断面図である。
【図８】 従来の車両用交流発電機の断面図である。
【図９】 図８のロータの斜視図である。
【図１０】 図８のロータの要部断面図である。
【図１１】 図１０のロータコイルの斜視図である。
【図１２】 図１１の要部斜視図である。
【図１３】 図１０の第１のポールコア体の側面図である。
【符号の説明】
６ シャフト、９ スリップリング本体、１３ ロータコイル、１４，６１ ボビン、３２ 爪状磁極、３３，７２ 根元部、３６ 溝部、４０ スリップリング、５０，６０，７０，８０ ロータ、５１，６７，７１，８１ 回り止め部、４４ 接着剤、５２ 第１の係止溝、５３ 第２の係止溝、５４，６４，７５，８４ 口出線、５５，６５，８３ 絶縁チューブ、５６，７３ 壁面、６４ｂ基端部、６６，７４，８２ 係止溝。

Claims (6)

1. シャフトに固定されているとともに、ボビンに導線が巻回されて構成され、電流を流して磁束を発生するロータコイルと、
   このロータコイルを覆って設けられ前記磁束によって複数の爪状磁極にそれぞれ磁極が形成されるポールコアと、
   前記ポールコアに隣接して前記シャフトに固定されているとともに前記ロータコイルに電流を供給するスリップリング本体とを備え、
   前記ボビンには前記爪状磁極間の根元部に係合して前記ロータコイルと前記ポールコアとの周方向の相対移動を防止する回り止め部が形成され、また前記ロータコイルから導出した口出線が前記スリップリング本体に電気的に接続された車両用交流発電機であって、
   前記回り止め部には、前記口出線の基端部が係止される係止溝が形成されており、基端部が係止溝に係止された口出線は、引き続き前記シャフトの軸線とほぼ平行に形成された、前記根元部の壁面に当接して沿って延びている車両用交流発電機。
2. 回り止め部には、口出線の基端部が巻回される巻回部が設けられている請求項１に記載の車両用交流発電機。
3. 回り止め部の係止溝は、ロータコイルの外周面よりも内側からスリップリング本体に向かって口出線が導出されるようになっている請求項１または請求項２に記載の車両用交流発電機。
4. 回り止め部とスリップリング本体との間の口出線は、絶縁チューブで被覆されている請求項１ないし請求項３の何れかに記載の車両用交流発電機。
5. 係止溝内の口出線は、絶縁チューブで被覆されている請求項１ないし請求項４の何れかに記載の車両用交流発電機。
6. ポールコアと絶縁チューブとは接着剤で接着されている請求項５に記載の車両用交流発電機。

Images