JP4478189B2

JP4478189B2 - 車両用交流発電機の回転子

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Publication number: JP4478189B2
Application number: JP2008136883A
Authority: JP
Inventors: 健西川; 志郎飯塚; 隆広木村; 省吾岡本; 和徳田中
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2008-05-26
Filing date: 2008-05-26
Publication date: 2010-06-09
Anticipated expiration: 2028-05-26
Also published as: CN101594035B; TWI408870B; TW200950279A; JP2009284729A; CN101594035A

Description

この発明は、車両に搭載される交流発電機の回転子、特に界磁コイルの口出し部の構造に関するものである。

この種の車両用交流発電機は、車両のエンジンに取付けられて使用されるが、水、塩水、泥水等が吸気穴や排気穴から侵入しやすく、また、高温の周囲温度にさらされる等、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起こさないように構成部品の露出する金属表面を絶縁材で塗布するようにしている（例えば、特許文献１）。
特開２００７−３１２５４１号公報（段落「００２３」〜「００２５」、第４図、第５図）

従来のものは、ポールコア、冷却ファン、接続端子、界磁コイルのリード線等全てを絶縁材で塗布するものであるため、無駄が多く、また、界磁コイルのリード線とスリップリングの接続端子との接続部の細かい部分まで絶縁材を塗布することが困難となり、そのため、絶縁が不充分となり、電食により、界磁コイルのリード線が断線に到るという問題も生じることとなっていた。

この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたもので、簡単な構成で、しかも、電食や高温等による界磁コイルのリード線の断線を防止できる車両用交流発電機の回転子を提供するものである。

この発明に係る車両用交流発電機の回転子は、ボス部と、このボス部の軸方向両端縁部からそれぞれ径方向外側に延設された継鉄部と、この継鉄部の外周部を形成する磁極部と、上記ボス部、上記継鉄部、及び上記磁極部で囲まれたコイル収納空間に収納された界磁コイルと、上記ボス部の軸心位置に挿通されて、これを回転可能に支持するシャフトと、上記磁極部の一端側に延出する上記シャフトの部位に固着され、上記磁極部を備えたポールコア側に径方向に突出した凸部を有する環状体と、上記環状体の外周部に固着された一対のスリップリングと、それぞれ一端が上記一対のスリップリングに接続され、他端が上記凸部から径方向外方に延出するように上記環状体に配設され、上記界磁コイルの巻始め部と巻終り部との各リード線が各々接続される一対の接続端子と、上記接続端子のそれぞれの近傍で上記環状体に形成され、上記界磁コイルの各リード線を所定の張力を持って係合する一対のフックとを備え、上記リード線は、加熱により炭化するエナメル皮膜で被覆されたものであって、上記界磁コイルから上記継鉄部の一側面に沿って導出され、上記フックを経由して上記接続端子に巻回されて接続されると共に、上記継鉄部の一側面に接する部位のみがチューブ状の絶縁部材で被覆されていることを特徴とするものである。

この発明によれば、簡単な構成で、しかも、電食や高温等による界磁コイルのリード線の断線を防止できる。

実施の形態１．
この発明の実施の形態１を図１〜図３に基づいて説明する。なお、各図において同一または相当部分には同一符号を付している。

図１〜図３において、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回転子であるロータ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変換する整流器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。

回転子であるロータ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界磁コイル１３と、この界磁コイル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磁極部であるポールコア１５とを備えている。上記ポールコア１５は、ボス部２０と、このボス部２０の軸方向両端縁部からそれぞれ径方向外側に延設された継鉄部２１と、この継鉄部２１の外周部から交互に噛み合うように軸方向に延設された複数の爪状磁極部２２と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。

ステータ８は、ステータコア１６と、このステータコア１６に巻回され、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電流が生じるステータコイル１７とを備えている。

スリップリング本体９は、ブラシ１０の先端が圧接されて摺動する一対のスリップリング４０と、これらのスリップリング４０と電気的に接続された一対の接続端子４１と、インサート成形により一部を除いて接続端子４１を埋設しているとともに、シャフト６が圧入された絶縁樹脂製の環状体４２とを備えている。環状体４２は、ポールコア１５の一端側に延出するシャフト６の部位に固着され、上記ポールコア１５側に径方向に突出した凸部４２ａを有している。

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の表面に半田付で固定された４個の正極側ダイオード２３と、円弧帯状で裏面に複数個のフィン２６ａがある負極側ヒートシンク２６と、この負極側ヒートシンク２６に半田付で固定された複数個の負極側ダイオード２５と、各々のダイオード２３、２５とステータコイル１７とを電気的に接続するサーキットボード２７とを備えており、この整流器１２はステータ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及び負極側ヒートシンク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。正極側ダイオード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。

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、爪状の磁極部２２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字形状の巻回部３４が一体に設けられている。この巻回部３４には、ロータコイル１３から導出したリード線３５の基端部３５ｂが２重に巻回されている。このリード線３５はロータコイル１３の巻始め部と巻終り部に設けられており、各々根元部３３からスリップリング本体９に向かって延びた継鉄部２１の溝部３６に沿って延びている。各リード線３５は環状体４２に形成された一対のフック３７に各々係止され、引き続きリード線３５の先端部３５ａが接続端子４１の先端部に２重に巻回されている。各リード線３５の中間部は、接着材４４で溝部３６に接着されたチューブ状絶縁部材であるゴムチューブ３８で被覆されている。このゴムチューブ３８は、リード線３５の全長に亘って設けられており、根元部３３のコーナ部４３にリード線３５が当接し、摩耗によりリード線３５のエナメル被覆が破損するのを防止する目的と、リード線３５の絶縁強化を目的としたものである。接続端子４１に２重に巻回された先端部３５ａは、半田付、溶接、熱かしめ等によって接続端子４１と接続される。

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。

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回転子であるロータ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回転負荷を受ける。また、高速回転発電時には、ポールコア１５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、大きく振動している。

また、ロータコイル１３、ステータコイル１７、正極側ダイオード２３、負極側ダイオード２５、レギュレータ１９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でおよそ６０Ｗ、ステータコイル１７でおよそ５００Ｗ、正極側ダイオード２３及び負極側ダイオード２５の合計でおよそ１２０Ｗ、レギュレータ１９でおよそ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、ロータ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１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、リヤ側のステータコイル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。

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１の矢印Ｇで示すように流れている。つまり、外気はレギュレータ１９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、リヤ側のステータコイル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、フロント側のステータコイル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。

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、ステータコイル１７、ダイオード２３、２５で約２００℃、レギュレータ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及びリード線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、ステータコイル１７からの輻射熱とで、１５０℃以上の高温にさらされる。

この実施の形態１のものでは、界磁コイル１３のボビン１４の巻回部３４から導出し、スリップリング４０の接続端子であるターミナル４１に到るリード線３５のほぼ全長に亘って絶縁チューブであるゴムチューブ３８で被覆しているため、リード線３５の露出部分がなくなり、水、塩水、泥水等がリード線３５の接続部に掛かっても、ゴムチューブ３８によりそれらの侵入が阻止されるので、従来の如く電食や高温によりリード線が浸食劣化して断線に到る不具合を防止できる。

また、界磁コイル１３のリード線３５のほぼ全長に亘ってゴムチューブ３８により保護しているので、リード線３５がポールコア１５や環状体４２に直接当接して磨耗するのを阻止できるものであり、リード線３５のエナメル被膜の破損も防止できる。

また、界磁コイル１３のリード線３５の導出部分にのみゴムチューブ３８で被覆すればよいので、構成が簡単で確実にリード線３５の断線の防止及びその絶縁性を向上させることができる。

また、リード線３５及びゴムチューブ３８は、フック３７に係合して所定の張力を持ってスリップリング４０の接続端子４１に接続されるので、ゴムチューブ３８がフック３７によって確実に固定でき、ゴムチューブ３８がずれるとか、外れるといった不具合を防止できる。

なお、上述の実施の形態１では、接続端子４１と、リード線３５の先端部３５ａとの半田付、溶接、熱かしめ等の際には、ゴムチューブ３８が加熱されて劣化しないように工夫する必要がある。このため、予め半田付、溶接、熱かしめに先立って、ゴムチューブ３８の先端に切り溝を入れ、この切り溝に沿って先端を半田付部、溶接部、熱かしめ部の反対方向にめくり上げ、この状態で半田付、溶接、熱かしめを行ない、半田付、溶接、熱かしめが完了した後に、ゴムチューブ３８を元の状態に戻してリード線３５の接続部をゴムチューブ３８で被覆するようにすれば、熱による影響を防止することができる。

実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２を図４に基づいて説明する。なお、実施の形態１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。この実施の形態２のものでは、ゴムチューブ３８はポールコア１５の溝部３６の近く、つまり、リード線３５が継鉄部２１の一側面に接する部位のみゴムチューブ３８で被覆しており、その他の部分はエナメル被膜で被覆している。

界磁コイル１３のリード線３５と、スリップリング４０の接続端子４１との接続部は、リード線３５にエナメル被膜が施された状態で接続端子４１の先端部に２重に巻回されている。その後、溶接により、接続端子４１に巻回されたリード線３５をエナメル被膜ごと加熱し、エナメル被膜を炭化して剥離すると同時にリード線３５と接続端子４１とを溶接して固着する。

リード線が最も劣化しやすいのは、高熱に曝される部位であり、これは継鉄部２１に接する箇所である。実施の形態２では、リード線３５は、界磁コイル１３から接続端子４１までの全ての導出部分の内、継鉄部２１の一側面に接する部位だけを絶縁部材であるゴムチューブ３８で覆うことにしている。このため、ゴムチューブ３８の長さを短縮でき、しかも、ゴムチューブ３８をリード線３５に容易に装着することができ、作業が簡単になる。

なお、上述の実施の形態１、２では、絶縁チューブとしてゴムチューブを例示したが、その他、ガラエポ等の耐熱性の高いもの、または耐熱性の高い繊維で形成すれば、接続端子４１とリード線３５の先端部３５ａとの半田付または溶接による熱を受けても劣化を生じないようにすることが可能となる。

また、上記両実施形態では、車両用交流発電機のみの回転子に適用するものを例示したが、交流発電機と始動電動機とを兼用できる回転子にも適用可能である。

本発明の実施の形態１に係る回転子を採用した車両用交流発電機の断面図である。本発明の実施の形態１に係る車両用交流発電機の回転子を示す斜視図である。本発明の実施の形態１に係る車両用交流発電機の回転子を示す一部断面図である。本発明の実施の形態２に係る車両用交流発電機の回転子を示す斜視図である。

符号の説明

６シャフト、
７ロータ、
９スリップリング本体、
１３界磁コイル、
１５ポールコア、
２０ボス部、
２１継鉄部、
２２磁極部、
３３根元部、
３５リード線、
３５ａリード線先端部、
３５ｂリード線基端部、
３７フック、
３８ゴムチューブ、
４０スリップリング、
４１接続端子、
４２環状体、
４２ａ凸部、
４３コーナ部、
４４接着材。

Claims

ボス部と、このボス部の軸方向両端縁部からそれぞれ径方向外側に延設された継鉄部と、この継鉄部の外周部を形成する磁極部と、上記ボス部、上記継鉄部、及び上記磁極部で囲まれたコイル収納空間に収納された界磁コイルと、上記ボス部の軸心位置に挿通されて、これを回転可能に支持するシャフトと、上記磁極部の一端側に延出する上記シャフトの部位に固着され、上記磁極部を備えたポールコア側に径方向に突出した凸部を有する環状体と、上記環状体の外周部に固着された一対のスリップリングと、それぞれ一端が上記一対のスリップリングに接続され、他端が上記凸部から径方向外方に延出するように上記環状体に配設され、上記界磁コイルの巻始め部と巻終り部との各リード線が各々接続される一対の接続端子と、上記接続端子のそれぞれの近傍で上記環状体に形成され、上記界磁コイルの各リード線を所定の張力を持って係合する一対のフックとを備え、上記リード線は、加熱により炭化するエナメル皮膜で被覆されたものであって、上記界磁コイルから上記継鉄部の一側面に沿って導出され、上記フックを経由して上記接続端子に巻回されて接続されると共に、上記継鉄部の一側面に接する部位のみがチューブ状の絶縁部材で被覆されていることを特徴とする車両用交流発電機の回転子。
上記絶縁部材は、ゴムチューブであることを特徴とする請求項１に記載の車両用交流発電機の回転子。