JP6067087B1 - 車両用回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】異なる2方向に凸凹構造の嵌合部を配することにより、一方向に微小な嵌合ズレが生じても、もう片方の嵌合部が締まることで水密性を向上させた車両用回転電機を提供する。【解決手段】スリップリングカバー５０は、ブラシホルダ１６を回転子軸方向に挿通させると共に回転子軸方向に開口したスリット部を有し、ブラシホルダ１６の両側面部とスリット部の回転子軸方向両開口側縁部との間には、回転子軸方向に嵌合してブラシホルダ１６とスリップリングカバー５０とを一体化する第１、第２嵌合部１６Ａ，１６Ｂがそれぞれ形成され、各嵌合部において断面形状が凹凸状の２組の凹凸部でそれぞれ構成されると共に、一方の組の凸部は垂直方向に、他方の組の凸部は水平方向の２方向にそれぞれ配置され、第１、第２嵌合部１６Ａ，１６Ｂはラビリンスシール構造としたものである。【選択図】図４

Description

この発明は、オルタネーターやモータージェネレーターなどの車両用回転電機に関し、特にスリップリング周辺のシール構造に係わるものである。

上記スリップリング周辺のシール構造の従来例として、特許文献１、２、３などに開示されているように、スリップリング外周部を、一部を切欠いた筒状のスリップリングカバーと、スリップリングと摺接して通電するためのブラシを格納するブラシホルダとで、取り囲むように配置し、異物や被水による水の侵入を防ぐ構造がある。スリップリングカバーとブラシホルダのシールは、嵌合可能な凸凹形状によるシール構造によって水密性を保持している。

特許第２７５２２９７号公報 特公平７−３２５７１号公報 特開２００８−２２８４１０公報

上記従来の技術では、凸凹部が一重の嵌合構造のため水の侵入に耐えられない場合があり、また嵌合部がスリップリングカバー外径より大きく出ているため軸流によるモーター内部への冷却風の効率が悪くなっている。

この発明に係わる車両用回転電機は、界磁巻線を有する回転子、この回転子の周りに配置され電機子巻線を有する固定子、前記回転子を軸受によって回転自在に支持するフロントブラケット及びリヤブラケット、前記回転子の界磁巻線に電流を供給するスリップリング、このスリップリングに電流を供給するためのブラシ、及びこのブラシを保持するブラシホルダを備えた車両用回転電機であって、前記ブラシホルダと、前記スリップリングの周りを間隙を介して包囲する円筒状のスリップリングカバーとで構成されたブラシホルダアセンブリを備え、前記スリップリングカバーは、前記ブラシホルダを回転子軸方向に挿通させると共にリヤブラケット外側に向かって回転子軸方向に開口したスリット部を有し、前記ブラシホルダの両外側面部と前記スリット部の回転子軸方向両開口側縁部との間には、前記回転子軸方向に嵌合して前記ブラシホルダと前記スリップリングカバーとを一体化する一対の第１、第２嵌合部がそれぞれ形成され、この第１、第２嵌合部は、各嵌合部において回転子径方向の断面形状が凹凸状の少なくとも２組以上の凹凸部でそれぞれ構成されると共に、一方の組の前記凹凸部の凸部は垂直方向に、他方の組の前記凹凸部の凸部は水平方向の２方向にそれぞれ配置され、且つ前記第１、第２嵌合部は、両者共にラビリンスシール構造としたものである。

この発明の車両用回転電機によれば、一方向だけの凸凹構造の嵌合だと、寸法公差によっては密にシールが図れない場合が考えられるが、異なる2方向（例えば2方向間90°）に凸凹構造の嵌合部を配することにより、一方向に微小な嵌合ズレが生じても、もう片方の嵌合部が締まる（シール性ＵＰ）結果となり、水密性は向上する。

この発明の実施の形態１における車両用回転電機の断面図である。 この発明の実施の形態１における車両用回転電機のリヤブラケット側から見た正面図である。 この発明の実施の形態１における車両用回転電機のリヤカバーが装着される前の正面図である。 この発明の実施の形態１における車両用回転電機のブラシホルダアセンブリを示し、（ａ）は（ｂ）の上方から見た平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は図（ａ）中Ａ−Ａ線を矢印方向に見た正断面図である。 この発明の実施の形態１における車両用回転電機のブラシホルダアセンブリの分解図で、（ａ）はブラシホルダの正面図、（ｂ）はその側面図、（ｃ）はスリップリングカバーの正面図、（ｄ）は図（ｃ）中Ｂ−Ｂ線を矢印方向に見た側断面図である。

以下、図面に基づいて、この発明の実施の形態１を説明する。
なお、各図間において、同一符号は同一あるいは相当部分を示す。

実施の形態１．
図１は、車両用回転電機の断面図、図２は、その正面図、図３はリヤカバーが装着される前の正面図、図４はブラシホルダアセンブリを示す部品図、図５はブラシホルダアセンブリの分解図である。

図１において、回転電機１は、界磁巻線２ａが巻かれた回転子２、この回転子の周りに配置され三相固定子巻線３ａが巻かれた固定子３、回転子２及び固定子３を収容するフロントブラケット４とリヤブラケット５、後述の磁極位置検出センサー６、後述の整流器モジュール９、後述の界磁モジュール１０、後述の制御モジュール１７、回転子２の界磁巻線２ａに電流を供給するスリップリング１３、このスリップリングに電流を供給するためのブラシ１６ａと１６ｂ、及びこのブラシを保持するブラシホルダ１６などによって構成されている。

回転子２の界磁鉄心の端面には、冷却風を発生させ通風孔４１ａ、４１ｂから排出するためのファン２０、２１が取り付けられている。
磁極位置検出センサー６は、リヤブラケット５の外側でスリップリング１３と軸受８の間に回転軸１１と同軸的に配置されて、回転軸１１すなわち回転子２の磁極位置を検出する。また、磁極位置検出センサー６は、センサーステータ６ａとセンサーロータ６ｂより構成され、センサーステータ６ａの内側に鉄心のみのセンサーロータ６ｂが回転自在に設けられている。

回転電機１は、大きな構成部品として駆動部２９とインバータアセンブリ３０で構成される。
まず駆動部２９について説明する。
回転子２は、両端部がそれぞれ軸受７、８を介してフロントブラケット４とリヤブラケット５に回転自在に支持された回転軸１１を備える。回転軸１１の一端部は、フロントブラケット４より突出して、その先端部に図示しない内燃機関と双方向にトルクを授受するためのプーリ１２が取り付けられており、ベルト（図示せず）を介して内燃機関と接続されている。

回転軸１１に設けたスリップリング１３は、＋電極のスリップリング１３ａと−電極のスリップリング１３ｂとからなり、リヤブラケット５より外方に突き出ている。
スリップリング１３ａとスリップリング１３ｂには、ブラシ１６ａ、１６ｂが摺接するよう配置され、ブラシホルダ１６には、このブラシホルダと、スリップリング１３の周りを間隙を介して包囲する円筒状のスリップリングカバー５０が配置され、スリップリングカバー５０とブラシホルダ１６とは後述するように第１、第２嵌合部１６Ａ、１６Ｂにより一体化されてブラシホルダアセンブリ６０を構成している。

次に図４、５に基づき第１、第２嵌合部１６Ａ、１６Ｂを説明する。
スリップリングカバー５０は、回転子軸方向に開口したスリット部５１を有し、そのスリット部５１にブラシホルダ１６を回転子軸方向に挿通させて嵌合し、互いに接近しているスリップリング１３ａと１３ｂとが、被水等によりショートしないようスリップリング外周を覆う形状になされている。

スリット部５１の回転子軸方向両開口側縁部５１ａと、このスリット部に挿通したブラシホルダ１６の下方両側面部１６１ａ、１６１ｂとの間には、回転子軸方向に嵌合してブラシホルダ１６とスリップリングカバー５０とを一体化する一対の第１、第２嵌合部１６Ａ、１６Ｂがそれぞれ形成されている。

第１、第２嵌合部１６Ａ、１６Ｂは、各嵌合部において、回転子径方向の断面形状が凹凸状の２組の嵌合凹凸部［５０ｂ１と１６ｂ２、１６ｂ３］［１６ｂ１と５０ｂ２、５０ｂ３］でそれぞれ構成され且つこの２組を１単位として構成されると共に、一方の組の凸部５０ｂ１は、垂直方向に、他方の組の凸部１６ｂ１は、水平方向の２方向にそれぞれ配置されている。そして、第１、第２嵌合部１６Ａ、１６Ｂは、両者共にラビリンスシール構造になされている。また、２組を１単位とする各嵌合凹凸部［５０ｂ１と１６ｂ２、１６ｂ３］［１６ｂ１と５０ｂ２、５０ｂ３］は、互いに共用することでそれぞれ構成され、また、各嵌合部は、少なくとも２組以上の嵌合凹凸部で形成され、第１及び第２嵌合部１６Ａ、１６Ｂの各嵌合部においてそれぞれ多重嵌合部を構成している。

すなわち、スリップリングカバー５０側の垂直方向の凸部５０ｂ１とブラシホルダ１６側の凹部１６ｂ２、１６ｂ３とで一方の組の嵌合凹凸部が形成され、ブラシホルダ１６側の水平方向の凸部１６ｂ１とスリップリングカバー５０側の凹部５０ｂ２、５０ｂ３とで他方の組の嵌合凹凸部が形成され、このように凸部は、垂直方向の凸部５０ｂ１と水平方向の凸部１６ｂ１との２方向に配置され、どちらの方向にも広がり難くしている。

このように、各嵌合部は、ブラシホルダ１６とスリップリングカバー５０間における凸部と凹部との嵌め合い構造で水の侵入を防止するラビリンスシール構造であり、水密性を持たすために凹凸部を上下左右二方向に配することにより、強固な水密性を持っている。
更に、第１、第２嵌合部１６Ａ、１６Ｂの凸凹部は、ラビリンス構造が左右方向に加えて、上下方向にも二重に配することにより部品サイズを大きくすることなく、水の浸入する経路（沿面距離）を長くすることを可能にしている。

また、一対の第１、第２嵌合部１６Ａ、１６Ｂの各嵌合部は、外気導入孔４０からの冷却風の妨げにならないようブラシホルダ１６の幅内（図４のＸ）の大きさで完結する構造となっている。すなわち、第１、第２嵌合部間の回転子径方向の寸法は、ブラシホルダ１６の回転子径方向幅Ｘ内に設定されている。
このように嵌合部は、ラビリンス構造をブラシホルダ１６の左右方向（回転子径方向）の幅内に収め、ブラシホルダ本体より突出しないようにしたので、嵌合部を設けても外気導入孔４０に通じる冷却風路の妨げにならず冷却性がＵＰし、モーター内部品の冷却性が向上する。

第１、第２嵌合部は、凹部１６ｂ２、１６ｂ３に対し凸部５０ｂ１の幅を、又凹部５０ｂ２、５０ｂ３に対し凸部１６ｂ１の幅を変化させて圧入構造としている。この圧入構造は、例えば、両者の寸法関係を、凸部５０ｂ１の幅＞凹部１６ｂ２、１６ｂ３の溝幅、の関係に設定にすることで実施できる。
そして、この圧入構造と上述した沿面距離の増長とによりスリップリング１３への水密性、防塵性が向上する。

ブラシホルダ１６とスリップリングカバー５０とは、線膨張係数の異なる材質の部材が用いられている。そのため、線膨張の差により高温（実使用）時の嵌合部の水密性が向上する。
例えば、ブラシホルダ１６が、温度上昇によってほとんど変化のしない線膨張係数の低い材料とした場合、スリップリングカバー５０の材質が温度上昇により膨張しやすい、線膨張係数の高い材料だとすると、凸凹部が嵌合されている部分のスリップリングカバー５０が膨張して、より密接する状態となり水密性が向上する。ここでブラシホルダ１６側も同じように膨張する材料とした場合、より密接する状態になることもあるが、場合によっては凸凹部の隙間が開く方向に膨張する可能性もあるので、線膨張係数の異なる材料を用いれば、そのような懸念なく実施できる。

次にインバータアセンブリ３０について説明する。
インバータアセンブリ３０は、駆動時の電機子電流の供給及び発電時の電機子電流の整流を行うためのスイッチング素子を周辺回路とともにまとめた電力供給のための整流器モジュール９と、界磁電流を制御するためのスイッチング素子を周辺回路とともにまとめた界磁モジュール１０と、整流器モジュール９と界磁モジュール１０が搭載された冷却用ヒートシンク２８と、各モジュールの電力系の端子と接続されるターミナルを備えたケース１４と、整流器モジュール９と界磁モジュール１０を制御するための制御回路が構成された制御モジュール１７で構成される。
回転子２の回転状態を検出する磁極位置検出センサー６のセンサーステータ６ａは、冷却用ヒートシンク２８に装着され信号配線は制御モジュール１７に接続される。

ケース１４と冷却用ヒートシンク２８は、各モジュールの搭載性と周辺回路の構成を簡易にするため、直方体状の形状となっており、それらを搭載して樹脂等により封止した構造としている。
インバータアセンブリ組立後、コネクティングボード１８を装着した駆動部２９のリヤブラケット５のリヤ側に設けたボス５ａにインバータアセンブリ３０がネジ２２にて固定される。

インバータアセンブリ３０の中央のスリップリング１３を配した回転軸１１が通る空間に、ブラシホルダ１６とスリップリングカバー５０を嵌合させたブラシホルダアセンブリ６０が配置され、ネジ２２ａによってインバータアセンブリ３０に固定される。その後リヤブラケット５の外側に取り付けられた、インバータアセンブリ３０やブラシ等を保護・絶縁するために、リヤカバー１５は、係合部１９によって弾性的に係脱自在に取り付けられる。
なお、係合部（スナップフィット部）１９は、図１に示すようにリヤカバー１５に設けられた複数の係合爪１５ｂと、これに対向してコネクティングボード１８に設けられた係合爪受け部１８ａとによって形成される。

ブラシ１６ａ、１６ｂが摺接するスリップリング１３は、この箇所への被水を防ぐため、回転軸１１の端部にスリップリングカバー５０とブラシホルダ１６で構成された筒状後端凸部６０ａを形成し、スリップリングカバー５０とこのスリップリングカバー５０に対向しているリヤカバー１５間を、ラビリンスシール構造としている。
すなわち、リヤカバー１５の中央部を、外方へ膨出させて膨出部１５ａを形成し、筒状後端凸部６０ａを膨出部１５ａの凹部内に延在させると共にスリップリングカバー５０の
延在部と膨出部１５ａとを嵌合させ、その嵌合部をラビリンスシール構造としている。

以上のようにこの実施の形態１によれば、スリップリング部は、異なる二方向へのラビリンス構造により、水密性が保たれ、また防塵性も保たれる、またその構造による冷却性の悪化も防げる構造となっている。

なお、この発明は、その発明の範囲内において、実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

１：回転電機、 ２：回転子、 ３：固定子、 ４：フロントブラケット、
５：リヤブラケット、 １１：回転軸、 １３：スリップリング、
１５：リヤカバー、 １５ａ：リヤカバーの膨出部、
１６：ブラシホルダ、 １６ａ：＋ブラシ、 １６ｂ：−ブラシ、
１６Ａ：第１嵌合部、 １６Ｂ：第２嵌合部、
１６ｂ１：ブラシホルダの嵌合凹凸部の凸部、
１６ｂ２、１６ｂ３：ブラシホルダの嵌合凹凸部の凹部、
２９：駆動部、 ３０：インバータアセンブリ、 ４０：外気導入孔、
４１ａ、４１ｂ：通風孔、 ５０：スリップリングカバー、
５０ｂ１：スリップリングカバーの嵌合凹凸部の凸部、
５０ｂ２、５０ｂ３：スリップリングカバーの嵌合凹凸部の凹部、
６０：ブラシホルダアセンブリ（ＡＳＳＹ）、 ６０ａ：筒状後端凸部

Claims (5)

1. 界磁巻線を有する回転子、この回転子の周りに配置され電機子巻線を有する固定子、前記回転子を軸受によって回転自在に支持するフロントブラケット及びリヤブラケット、前記回転子の界磁巻線に電流を供給するスリップリング、このスリップリングに電流を供給するためのブラシ、及びこのブラシを保持するブラシホルダを備えた車両用回転電機であって、
   前記ブラシホルダと、前記スリップリングの周りを間隙を介して包囲する円筒状のスリップリングカバーとで構成されたブラシホルダアセンブリを備え、前記スリップリングカバーは、前記ブラシホルダを回転子軸方向に挿通させると共にリヤブラケット外側に向かって回転子軸方向に開口したスリット部を有し、前記ブラシホルダの両外側面部と前記スリット部の回転子軸方向両開口側縁部との間には、前記回転子軸方向に嵌合して前記ブラシホルダと前記スリップリングカバーとを一体化する一対の第１、第２嵌合部がそれぞれ形成され、この第１、第２嵌合部は、各嵌合部において回転子径方向の断面形状が凹凸状の少なくとも２組以上の凹凸部でそれぞれ構成されると共に、一方の組の前記凹凸部の凸部は垂直方向に、他方の組の前記凹凸部の凸部は水平方向の２方向にそれぞれ配置され、且つ前記第１、第２嵌合部は、両者共にラビリンスシール構造としたことを特徴とする車両用回転電機。
2. 前記第１、第２嵌合部は、前記凹凸部の凹部に対する前記凸部の幅の設定によって圧入状態にされていることを特徴とする請求項１に記載の車両用回転電機。
3. 前記ブラシホルダと前記スリップリングカバーとは、線膨張係数の異なる材質で構成されていること特徴とする請求項１又は請求項２記載の車両用回転電機。
4. 前記第１、第２嵌合部間の回転子径方向寸法は、前記ブラシホルダの回転子径方向幅内に設定したことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の車両用回転電機。
5. 前記リヤブラケットのリヤカバーに形成した膨出部と、この膨出部内に延在させた前記スリップリングカバーの外端部とは、ラビリンスシール構造としたことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の車両用回転電機。

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