JP4091088B2 - 車両用交流発電機 - Google Patents

Description

この発明は、車両用交流発電機、特に厳しい環境にて使用される車両等に搭載される車両用交流発電機に関するものである。

従来の車両用交流発電機は、この発明の構成を示す図１（ａ）を援用して説明すると、固定子１は固定子コア２と、この固定子コア２に巻回された固定子コイル３とから構成されている。回転子４は互いに対向する一対の界磁鉄心５、６と、界磁鉄心５、６間に介装された界磁巻線７と、回転軸８と、この回転軸８に固着されたスリップリング９とから構成されている。

フロントブラケット１２は、吸気穴１２Ａと排気穴１２Ｂとを備え、リアブラケット１３は、図示しない吸気穴と排気穴１３Ｂとを備えている。そして、リアブラケット１３が締着ボルト１４によりフロントブラケット１２に固着されて、固定子１がフロントブラケット１２とリアブラケット１３との間に支持されている。

回転軸８は、ベアリング１５、１６を介してフロントブラケット１２とリアブラケット１３とに支持されている。プーリ１７が回転軸８の一端に固着され、図示しないエンジンとベルト結合されるようになっている。

整流器１８は、リアブラケット１３に取り付けられており、固定子コイル３の出力端子に接続されて、固定子１で発生した交流を直流に変換するものである。電圧調整器１９は、ブラシホルダ２０と共にリアブラケット１３に取り付けられている。ブラシホルダ２０はブラシ２１がスリップリング９に当接するようにブラシ２１を押圧支持している。

このように構成された従来の車両用交流発電機は、電流がブラシ２１及びスリップリング９を介して界磁巻線７に供給され、同時にエンジンの回転トルクが図示しないベルトを介してプーリ１７に伝達され、回転子４が回転駆動される。それによって、固定子１が交流を発生し、この交流が整流器１８によって直流に変換される。

この車両用交流発電機は、車両のエンジンに取り付けられて使用されるが、水、塩水、泥水等が吸気穴１２Ａや排気穴１２Ｂ、１３Ｂから侵入したり、また高温の周囲温度に晒される等、極めて厳しい条件下で使用されるため、絶縁部の劣化や発電不良等をおこさないように構成部品の露出する金属表面を絶縁材によって覆うようにしている。（例えば特許文献１及び２参照）。

特開平８−１２６２６１号公報 特開平１１−２２０８５８号公報

特許文献１に開示された車両用交流発電機は、界磁鉄心に装着されたボビンから引出される界磁巻線の引き出し端部を、スリップリングの接続端子に巻き付けた後、半田を施しただけの状態であり、電気回路を構成することだけを主に考慮したものであった。

近年、車両搭載空間の狭小化に伴い、車両用発電機は小型化が望まれており、軸長さが短くされることから、結果的に上述したスリップリングと界磁巻線との接続部位についても界磁鉄心などに近接して配置されるようになっている。

一方、巻線に施される絶縁被覆や上記接続部位の半田付け部は、その表面が完全な密閉状態とは云えず、いわゆるピンホールが必ず存在することが分かっている。このような構造の部分に対して、塩水や塩を含む泥水、異物等が多量に長時間付着すると、半田付け部周辺における通電状態の上記接続部位や引き出し端部と、これに近接する界磁鉄心、ファンブレード等とが容易に導通してしまう結果、界磁巻線への通電が行われず、従って発電が行われない状態に至ってしまう場合がある。

また、半田付け部のピンホール対策として接続部位周辺への絶縁樹脂塗り付け等が考えられるが、径方向外側にはファンブレード、軸方向の対向側には界磁鉄心がそれぞれ迫って設けられているため、半田付け部の全周囲に何重にも塗布する作業は量産性に欠けるという問題点があった。

また、特許文献１の実施例３に開示された接続部一体の構成によれば、回転子外に露出する半田部等はなくなるが、接続部がボビン側面に移動しただけで、界磁鉄心との導通の恐れがなくなるわけではない。更に、特許文献２によれば、露出金属表面はマスキングをしない限り全て絶縁被膜がされてしまうこととなるため、マスキングによるコスト増大と被膜範囲を適正化してコスト低下を図る問題とを的確にマッチングさせることは容易ではない。

この発明は、上記のような問題点を解消するためになされたもので、塩水や塩泥水等が多量に付着するような極めて厳しい状況下においても電気回路を損なうことなく、信頼性の高い車両用交流発電機を提供することを目的とする。

この発明に係る車両用交流発電機は、車両のエンジンによって回転される回転軸に固着された界磁鉄心と、この界磁鉄心に装着された界磁巻線と、上記回転軸に固着され、上記界磁巻線に界磁電流を供給するスリップリングと、上記回転軸をベアリングを介して支持するフロントブラケットとリアブラケットと、上記界磁鉄心の軸方向端面に装着されたファンとを備えた車両用交流発電機において、上記界磁巻線の引出し端部と上記スリップリングの接続端子との接続部位及びその周辺に樹脂絶縁材を吹き付け塗布すると共に、上記接続部位に隣接した上記ファンと上記界磁鉄心の軸方向端面に各々樹脂絶縁材を吹き付け塗布したものである。

この発明に係る車両用交流発電機は上記のように構成されており、電気回路の露出する部位と、この部位に隣接したファンと界磁鉄心の軸方向端面に樹脂絶縁材を吹き付け塗布するようにしたため、両者間が確実に絶縁される他、凹凸のあるファンや鉄心端面に塗布が容易で、均一に、かつ薄過ぎることなく所定の厚さに塗布することができるため、塩水や塩泥水等が多量に付着する状況下においても発電の継続が可能となるものである。

実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１を図にもとづいて説明する。図１は、実施の形態１による車両用交流発電機の構成を示す断面図で、（ａ）は全体構成を示し、（ｂ）はスリップリングの接続端子と界磁巻線の引き出し端部との接続部位を示す拡大図である。また、図２は、実施の形態１による車両用交流発電機の回転子のうち、ファンブレードの一部を除去した状態を示す斜視図、図３は、図２に示す回転子においてファンブレードを除去していない状態を示す平面図である。

上記の構成において、スリップリング９の接続端子９Ａは、図１（ｂ）に拡大断面図を示すように、回転軸８に沿って界磁鉄心６側に引き出されると共に、界磁鉄心６の手前でＬ字状に折り曲げられ、界磁鉄心６の端面に沿って立ち上がる形状とされ、その周面は絶縁材９Ｂで覆われている。また、９Ｃは接続端子９Ａの端部付近に形成されたフックで、界磁巻線７の引き出し端部７Ａをフック９Ｃに引っ掛けてその先端部７Ｂを接続端子９Ａの先端部に巻き付けるためのものである。界磁巻線の引き出し端部７Ａの先端部７Ｂを巻き付けた接続端子９Ａの先端部は、接続部位９Ｄとしてその状態で半田付けされ、電気的な接続が確保される。

一方、上述した塩水や塩を含む泥水、異物等の侵入などにより、上記接続部位９Ｄと、これに隣接して上記接続部位９Ｄとの間に電位差を有する接地金属面、例えば界磁鉄心６の端面や、その表面に装着されているファンブレード２２とが導通状態になることを防止するため、実施の形態１は図１（ａ）及び（ｂ）に太い一点鎖線で示すように、上記接続部位９Ｄに隣接するファンブレード２２の表面や界磁鉄心６の表面に絶縁材であるエポキシ樹脂２３を吹き付け塗布するものである。図２、図３ではエポキシ樹脂２３を吹き付け塗布する部分に変形斜線を施している。

エポキシ樹脂２３は吹き付けによる塗布であるため、凹凸のある鉄心端面やファンブレードの表面に均一に、かつ薄過ぎることなく、例えば0.01〜0.03ｍｍ程度の厚さで塗布することが可能である。スリップリング９の表面を避けて接続部位９Ｄに隣接するファンブレード２２のほぼ全面及びファンブレード２２の間から露出する界磁鉄心６の面に塗布することになる。

接続部位９Ｄに対して電位差を有する面に塗布することにより、ファンブレード２２の最外周部付近などのように塗布しても効果が低い部分への無駄な塗布を抑制することができる。

実施の形態１は上記のように構成され、スリップリングの接続端子と界磁巻線の引き出し端部との接続部位に隣接し、接続部位との間に電位差を有する部分を絶縁材で覆うようにしたため、露出する電気回路との絶縁が長時間確保され、信頼性の高い車両用交流発電機を得ることができる。また、コストアップも少なく、製造面でも量産性に悪影響を与えない特徴がある。

実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２を図にもとづいて説明する。図４は、実施の形態２による車両用交流発電機の構成を示す拡大断面図、図５は、回転子の平面図である。これらの図において、図１（ｂ）及び図３と同一または相当部分には同一符号を付して説明を省略する。

図１（ｂ）、図３と異なる点は、実施の形態１において、接続部位９Ｄに隣接する界磁鉄心６やファンブレード２２の表面に絶縁材２３を塗布していたのを、図４及び図５に太い一点鎖線２３及び２３Ａで示すように、実施の形態１で塗布していた部分の絶縁材２３に加えて、接続部位９Ｄ及びその周辺にも絶縁材２３Ａを塗布するようにしたものである。
即ち、接続部位９Ｄに対して電位差を有する部分だけでなく、接続部位９Ｄ自体の表面及びその周囲にも塗布して絶縁性を向上することにより、車両用交流発電機の信頼性を更に向上させるようにしたものである。絶縁材の塗布に際して接続部位９Ｄの半田表面をマスキングする必要がないため、製造が更に容易になる特徴がある。

なお、この実施の形態は接続部位９Ｄ自体への塗布を意図するものであるが、その他の近接する回転子鉄心等への塗布を妨げるものではない。他の部分への塗布が加われば更なる高耐久性が期待でき、製造も容易となるものである。

実施の形態３．
次に、この発明の実施の形態３について説明する。この実施の形態は図４、図５に示されている回転子やファンブレードを外方から覆っているリアブラケットと、その内面に装着された部品をも絶縁材で覆うものである。

実施の形態３は、接続部位９Ｄに隣接していて絶縁材で覆うべき個所として、図１に示すリアブラケット１３の内面に装着されている整流器１８と電圧調整器１９及びそれらの回路接続部位を加えるものである。

これらの部品は、いずれも導体同士を機械的に接続した後、半田付けをした部分で、それらの表面に絶縁材をほぼ均一に塗布することにより、半田表面のピンホールも塞ぐことができる。

実施の形態３は上記のように構成され、整流器１８の回路導体の露出部及び整流器と他の部分との接続部を含めて整流器１８及び電圧調整器１９の表面を絶縁材で覆うものであるが、それ以外の周辺の部分に絶縁材を塗布することを妨げるものではない。特に、整流器１８に設けられているヒートシンク（図示せず）については絶縁材を塗布する個所として説明しなかったが、この部分には絶縁材を塗布することが望ましい。この場合、ヒートシンクの製造時に静電塗装で塗布すれば塗布作業は容易である。

実施の形態４．
次に、この発明の実施の形態４について説明する。この実施の形態は、図４、図５に示されている回転子やファンブレードを外方から覆っていてアースとして用いられているリアブラケット１３自体の内面にも絶縁材を塗布するものである。

リアブラケット１３は、上述した界磁鉄心６の端面やファンブレード２２、整流器１８、電圧調整器１９に比べると、界磁巻線の引き出し端部とスリップリングの接続端子との接続部位９Ｄにごく近いというものではないが、断面凹形で交流発電機内に侵入した異物が直接堆積し易い構造であること及び現存する不具合事例の状況を勘案すると、接続部位９Ｄに隣接し、接続部位との間に電位差を有する部分と同等に扱うべき部品であると考えられる。つまり、リアブラケット１３自体の内面に絶縁材を塗布することにより、接続部位９Ｄとの導通の危険性を回避することが可能となる。

リアブラケット１３は、複数の凹凸が内面側に形成されていて全体としても断面凹形に形成されていることから、絶縁材の塗布はエポキシ系樹脂の静電塗装が望ましい。この方法によれば、安定した膜を均一に形成することができる。なお、絶縁材はリアブラケットの内面への塗布に加えて外面をも含めてその他の範囲への塗布を妨げるものではない。また、リアブラケットの内面にねじや嵌め合いを形成する場合は、塗装後、形成しようとする個所に部分的に加工を加えて確保すればよい。

実施の形態４は上記のように構成され、通常、アルミ材の鋳造によって形成され、表面がある程度ざらついているブラケットの内面を絶縁材で覆うことにより、表面が滑らかになって、付着した異物が脱落し易くなり、撥水効果も得られ、電蝕等の変質もほぼなくすことができる。

これに合せて、内部からの水を排出する排出口を設けたり、整流器等の装着部品との沿面距離を大きく取る等の設計要素を加えることで、更に接続部位との不要な導通の抑制度合いを向上することができる。

また、金属の中でもイオン化傾向が大きいアルミで形成されているブラケット自体の腐蝕、つまり水や塩水（電解質水溶液）に浸されてアルミが陽イオンとなって液中に溶け込むことを抑制でき、部品性能を保持できるという効果もある。この場合、外面をマスキングせずに製造することができ、コスト的にも好ましいと云える。

実施の形態５．
次に、この発明の実施の形態５を図にもとづいて説明する。図６は、実施の形態５による車両用交流発電機の構成を示す断面図である。この図において、図１（ａ）と同一または相当部分には同一符号を付して説明を省略する。

図１（ａ）と異なる点は、スリップリングと整流器、電圧調整器をリアブラケット１３の外方に配設し、これらを覆うカバーを設けると共に、リアブラケット１３の内面に絶縁材を塗布した点である。

この実施の形態では、リアブラケット１３が接続部位９Ｄに隣接しているため、その内面に絶縁材２３Ｂを塗布することにより、接続部位９Ｄがアースに落ち易いという問題点を解消することができる。

また、この実施の形態では界磁鉄心６の端面とリアブラケット１３とで囲まれた空間が狭くて水が溜まり易くなっているため、界磁鉄心６の端面あるいはその端面に装着されたファンブレード２２とリアブラケット１３の内面との両方に絶縁材を塗布することにより、異物の堆積による問題点を確実に解消することができる。この場合、実施の形態４で述べた効果を具備していることは云うまでもない。

なお、上述した各実施の形態では、界磁鉄心の端面にファンブレードを装着した内扇タイプについて説明したが、フロントブラケットの外側に冷却ファンを装着する外扇タイプに対しても同様に適用できることは云うまでもない。

この発明の実施の形態１による車両用交流発電機の構成を示す断面図で、（ａ）は全体構成を示し、（ｂ）はスリップリングの接続端子と界磁巻線の引き出し端部との接続部位を示す拡大図である。 実施の形態１による車両用交流発電機の回転子のうち、ファンブレードの一部を除去した状態を示す斜視図である。 図２に示す回転子でファンブレードを除去していない状態を示す平面図である。 この発明の実施の形態２による車両用交流発電機の構成を示す拡大断面図である。 実施の形態２における回転子の平面図である。 この発明の実施の形態５による車両用交流発電機の構成を示す断面図である。

符号の説明

１ 固定子、 ２ 固定子コア、 ３ 固定子コイル、 ４ 回転子、
５、６ 界磁鉄心、 ７ 界磁巻線、 ７Ａ 引き出し端部、
７Ｂ 引き出し端部の先端部、 ８ 回転軸、 ９ スリップリング、
９Ａ 接続端子、 ９Ｂ 絶縁材、 ９Ｃ フック、 ９Ｄ 接続部位、
１２ フロントブラケット、 １３ リアブラケット、 １８ 整流器、
１９ 電圧調整器、 ２０ ブラシホルダ、 ２１ ブラシ、
２２ ファンブレード、 ２３、２３Ａ、２３Ｂ 絶縁材。

Claims (4)

1. 車両のエンジンによって回転される回転軸に固着された界磁鉄心と、この界磁鉄心に装着された界磁巻線と、上記回転軸に固着され、上記界磁巻線に界磁電流を供給するスリップリングと、上記回転軸をベアリングを介して支持するフロントブラケットとリアブラケットと、上記界磁鉄心の軸方向端面に装着されたファンとを備えた車両用交流発電機において、上記界磁巻線の引出し端部と上記スリップリングの接続端子との接続部位及びその周辺に樹脂絶縁材を吹き付け塗布すると共に、上記接続部位に隣接した上記ファンと上記界磁鉄心の軸方向端面に各々樹脂絶縁材を吹き付け塗布したことを特徴とする車両用交流発電機。
2. 上記スリップリングに隣接して固定子巻線の出力を整流する整流器または電圧調整器を上記車両用交流発電機のリアブラケットの内面に設け、上記整流器または電圧調整器の表面あるいは上記整流器と電圧調整器との接続部の表面に樹脂絶縁材を吹き付け塗布したことを特徴とする請求項１記載の車両用交流発電機。
3. 上記リアブラケットの内面に樹脂絶縁材を塗布したことを特徴とする請求項１または請求項２記載の車両用交流発電機。
4. 上記スリップリングまたは整流器、電圧調整器を上記リアブラケット外に配設すると共に、上記回転軸の軸端と上記スリップリングまたは整流器、電圧調整器とを覆うカバーを設け、上記リアブラケットの内面に樹脂絶縁材を塗布したことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項記載の車両用交流発電機。

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