JPH09135553A - 発電機 - Google Patents

発電機

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JPH09135553A
JPH09135553A JP23562396A JP23562396A JPH09135553A JP H09135553 A JPH09135553 A JP H09135553A JP 23562396 A JP23562396 A JP 23562396A JP 23562396 A JP23562396 A JP 23562396A JP H09135553 A JPH09135553 A JP H09135553A
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Takuzo Mukai
向井　　拓三
Kenzou Mitani
涓三 三谷
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 車両用交流発電機の長寿命化および軽量、小
型化を達成する。 【解決手段】 車両用交流発電機の界磁コイルとバッテ
リおよび電圧調整装置とを電気的に接続するための集電
環に材質が炭素質部材よりなる炭素質集電環４１を使用
した。さらに、この炭素質集電環４１の外周を摺動して
電気的に接続する固定側刷子に材質が銅合金のバネ鋼よ
りなる金属質刷子５１を使用し、この金属質刷子５１を
プレス加工だけで成形ができる導電性の薄板弾性材とし
た。これにより、金属質刷子５１の重量が軽くなるの
で、金属質刷子５１のバネ荷重が軽減することによっ
て、金属質刷子５１の振動による不具合が抑えられ摩耗
量も減るので長寿命化を達成できる。また、炭素質集電
環４１は炭素質部材で製作されているので自己潤滑性に
優れ、金属質刷子５１を炭素質集電環４１の外周に高速
で摺動させても安定した摩耗と界磁コイルへの通電を確
保できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、ロータコアに巻
装されたロータコイル、このロータコイルを給電する２
個の集電環、およびこれらの集電環の外周を摺動する２
個の固定側刷子を備えた発電機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】一般に、車両用交流発電機１００は、図
８に示したように、三相整流装置１０１と、発電電圧を
調整する電圧調整装置１０２と、ハウジング１０３内に
回転自在に支持されたシャフト１０４と、ハウジング１
０３の内面に固定されたステータ１０５と、このステー
タ１０５と相対回転するロータ１０６と、シャフト１０
４の端部外周に固定された集電装置１０７と、この集電
装置１０７の外周を摺動する刷子装置１０８とを備えて
いる。
【０００３】ここで、三相整流装置１０１は、発電した
交流電流を正極側ダイオード１１１および負極側ダイオ
ード１１２で整流し、直流に変える三相整流回路を備え
ている。シャフト１０４は、その先端外周にポリＶベル
ト用プーリ１１３が組み付けられている。ステータ１０
５は、ステータコア１１４および三相のステータコイル
１１５等からなる。ロータ１０６は、ランデル型のポー
ルコア１１６およびロータコイル１１７等からなる。ポ
ールコア１１６の両端面には、内部に冷却風を吸い込む
ための冷却ファン１１８、１１９が取り付けられてい
る。
【０００４】そして、集電装置１０７は、２個の金属質
集電環１２１および２個のコネクションバー１２２等か
ら構成されている。なお、これらの金属質集電環１２１
は、銅合金やステンレス鋼等の金属質部材で環状に作ら
れており、シャフト１０４の端部外周に圧入または直接
成形され、シャフト１０４と一体的に回転する構造を持
つ。
【０００５】一方、刷子装置１０８は、２個の炭素質刷
子１２３、これらの炭素質刷子１２３を収容する刷子支
持器１２４、および２個の炭素質刷子１２３を２個の金
属質集電環１２１の外周に押圧して電気的に接続させる
コイルスプリング１２５等から構成されている。なお、
２個の炭素質刷子１２３は、炭素質部材により作られて
いる。また、２個の炭素質刷子１２３は、刷子接続端子
（図示せず）と銅線よりなるピグテール１２６により結
線されている。また、刷子支持器１２４は、刷子接続端
子を電気絶縁性樹脂質部材によりインサート成形し、ゴ
ムパッキン１２７と共に２個の金属質集電環１２１を保
護する集電環カバー１２８を一体成形した構造を持つ。
【０００６】近年、車両のエンジンルームの小型化に伴
う補機類の取付スペースの狭小化と燃料消費の規制によ
る小型、軽量化、および車両寿命の保証期間の延長化に
よる長寿命化を図った車両用交流発電機が望まれてい
る。なお、車両用交流発電機の小型、軽量化の一手段と
しては、一般に車両用交流発電機の体格の縮径および車
両用交流発電機の軸方向寸法の短縮が要求されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】ところが、従来の車両
用交流発電機１００においては、ロータコイル１１７に
励磁電流を供給する励磁回路の電圧ドロップを小さくし
て発電出力の低下を防止するために、図８に示したよう
に、ロータコイル１１７への励磁電流を制御する電圧調
整装置１０２に近接して刷子支持器１２４を設置してい
る。このため、２個の炭素質刷子１２３の長寿命化のた
めに、刷子支持器１２４の軸方向に直交する径方向寸法
を大きく、長く設定できなかった。したがって、刷子支
持器１２４と２個の金属質集電環１２１の軸方向寸法が
車両用交流発電機１００の全軸長に対して大きな割合を
占めることになり、車両用交流発電機１００の小型化の
大きな妨げになっているという問題が生じている。
【０００８】また、２個の炭素質刷子１２３が炭素質部
材で作られていることから、２個の炭素質刷子１２３に
おいて２個の金属質集電環１２１の外周に接触する接触
部分の電気抵抗を小さくするため、適度の面積（大き
さ）とコイルスプリング１２５の押圧力（バネ荷重）と
が必要である。したがって、車両用交流発電機１００を
小型化するために、２個の炭素質刷子１２３の接触部分
の表面積を小さくすると、電流密度が大きくなり、２個
の炭素質刷子１２３の温度が上昇して耐久寿命が短くな
るという問題が生じてしまう。
【０００９】ここで、小型直流回転電機（例えばモータ
ー類）においては、固定側刷子を金属質部材（薄い金属
板を重ねたものまたは銅線）で作り、回転側コンミテー
タを銅合金で作った例があるが、回転側コンミテータの
段差により異常摩耗が発生する。このため、低電圧で定
速回転の場合しか使用されておらず、車両用交流発電機
のような高速回転で使用されるものには上記の構造は採
用されなかった。
【００１０】
【発明の目的】請求項１に記載の発明の目的は、固定側
刷子を軽量化してバネ荷重を軽減することにより固定側
刷子の振動による影響を抑えて長寿命化を達成できる発
電機を提供することにある。また、自己潤滑性があり高
速回転でも安定した摩耗と給電を確保できる発電機を提
供することにある。さらに、電気接続装置を大幅に軽
量、小型化できる発電機を提供することにある。
【００１１】請求項２に記載の発明の目的は、切削加工
を行わず、プレス加工のみで固定側刷子を製作すること
により、摩耗寿命に影響する固定側刷子の硬さを十分に
高くして、固定側刷子の長寿命化を達成できる発電機を
提供することにある。また、固定側刷子を大幅に軽量、
小型化できる発電機を提供することにある。さらに、集
電環に対する固定側刷子の接触圧を十分に確保できる発
電機を提供することにある。
【００１２】請求項３に記載の発明の目的は、バネ荷重
を低減することにより固定側刷子の振動による影響を抑
えて長寿命化を達成できる発電機を提供することにあ
る。また、刷子接続端子の接続をバネ材の弾性力を利用
した構造にすることにより、ネジ、リベツト等の接続部
品を必要とせず、電気接続装置を大幅に軽量、小型化で
きる発電機を提供することにある。さらに、集電環に対
する固定側刷子の接触圧を十分に確保できる発電機を提
供することにある。
【００１３】請求項４に記載の発明の目的は、固定側刷
子を大幅に軽量、小型化できる発電機を提供することに
ある。請求項５に記載の発明の目的は、刷子固定部に接
触圧が加わらないようにできる発電機を提供することに
ある。また、固定側刷子から集電環へ安定した給電を行
うことのできる発電機を提供することにある。請求項６
に記載の発明の目的は、分解作業時または組付作業時の
引っ掛かりを防止でき、分解作業または組付作業をスム
ーズに行うことのできる発電機を提供することにある。
【００１４】請求項７に記載の発明の目的は、刷子接続
端子の価格を低下させることにより製品コストを低減化
できる発電機を提供することにある。請求項８に記載の
発明の目的は、被水等の異物の浸入を防止でき、且つ固
定側刷子と集電環との摺動により発生する摩耗粉の飛散
を防止できる発電機を提供することにある。
【００１５】請求項９に記載の発明の目的は、集電環を
銅合金の発泡骨格金属を金属母体とした炭素粉末で作る
ことにより、集電環を炭素単体で作る場合と比較して導
電性および強度を向上できる発電機を提供することにあ
る。請求項１０および請求項１１に記載の発明の目的
は、シャフトの径方向に大きな取付スペースを設けるこ
となく、刷子固定部と固定側刷子との結合を行えるよう
にして、電気接続装置の小型化を図ることのできる発電
機を提供することにある。
【００１６】請求項１２に記載の発明の目的は、固定側
刷子と刷子接続端子とを確実に接続できる発電機を提供
することにある。請求項１３に記載の発明の目的は、被
水等の異物の浸入を防止でき、且つ固定側刷子と集電環
との摺動により発生する摩耗粉の飛散を防止できる発電
機を提供することにある。また、狭い空間内に２個の固
定側刷子を収容できる発電機を提供することにある。
【００１７】請求項１４に記載の発明の目的は、刷子固
定部に接触圧が加わらないようにできる発電機を提供す
ることにある。請求項１５に記載の発明の目的は、被水
等の異物の浸入を防止でき、且つ固定側刷子と集電環と
の摺動により発生する摩耗粉の飛散を防止できる発電機
を提供することにある。また、騒音を抑えることができ
る発電機を提供することにある。請求項１６に記載の発
明の目的は、固定側刷子を大幅に軽量、小型化できる発
電機を提供することにある。
【００１８】請求項１７に記載の発明の目的は、狭い空
間内に２個の刷子接続端子を収容できる発電機を提供す
ることにある。請求項１８に記載の発明の目的は、狭い
空間内に２個の固定側刷子を収容できる発電機を提供す
ることにある。請求項１９に記載の発明の目的は、分解
作業時または組付作業時の引っ掛かりを防止でき、分解
作業または組付作業をスムーズに行うことのできる発電
機を提供することにある。請求項２０に記載の発明の目
的は、騒音を抑えることができる発電機を提供すること
にある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明に
よれば、シャフトの回転により、集電環の外周を固定側
刷子が摺動するが、固定側刷子が金属質部材で作られ、
集電環が炭素質部材で作られていることにより、高速回
転でも安定した摩耗と給電が確保される。また、固定側
刷子の重さが軽量となるので、固定側刷子のバネ荷重が
低減することにより大幅に集電環および固定側刷子の摩
耗が少なくなり、且つ振動による固定側刷子の不具合が
回避される。
【００２０】すなわち、集電環が炭素質部材で作られて
いることにより、集電環の自身の摩擦係数を軽減できる
ので、自己潤滑性を備える。そして、集電環が炭素質部
材で作られていることにより、固定側刷子を金属質部材
で作って、その固定側刷子を集電環の外周に高速で摺動
させても安定した摩耗と界磁コイルへの給電を確保でき
る。さらに、固定側刷子を軽量化してバネ荷重を軽減す
ることにより摩耗が大幅に低減され、且つ固定側刷子の
振動による不具合を抑えることにより固定側刷子の寿命
を長期化できる。したがって、発電機の長寿命化を達成
できる。
【００２１】また、固定側刷子を金属質部材で作ること
により、摩耗し難くなるので、従来の摩耗部材で作った
刷子のように予め摩耗を予測した大きさと長さに設定す
る必要はない。これにより、固定側刷子を薄くできるの
で、電気接続装置を大幅に軽量、小型化できる。したが
って、発電機の体格を縮径できるので、発電機を軽量、
小型化できる。
【００２２】請求項２に記載の発明によれば、切削加工
を行わず、プレス加工のみで薄板弾性材よりなる固定側
刷子を作ることにより、摩耗寿命に影響する固定側刷子
の硬さを十分に高くできることにより、固定側刷子の長
寿命化を達成できる。また、固定側刷子を薄板弾性材で
作ることにより、固定側刷子を薄くできるので、固定側
刷子を大幅に軽量、小型化できる。したがって、発電機
の体格を縮径できるので、発電機を軽量、小型化でき
る。さらに、固定側刷子を金属質部材で且つ薄板弾性材
で作ることにより、スプリングがなくても固定側刷子が
集電環側に付勢することにより、集電環に対する固定側
刷子の接触圧を十分に確保できるので、安定した給電状
態を確保できる。
【００２３】請求項３に記載の発明によれば、固定側刷
子を従来のスプリングとピグテールおよび黒鉛質刷子を
兼ねたバネ材とすることにより、固定側刷子を大幅に軽
量化できるので、バネ荷重を低減できる。これにより、
固定側刷子の振動による不具合を回避できるので、固定
側刷子の寿命を長期化できる。したがって、発電機の長
寿命化を達成できる。また、固定側刷子をバネ材で作る
ことにより、固定側刷子を薄くできるので、刷子装置を
大幅に軽量、小型化できる。したがって、発電機の体格
を縮径できるので、発電機を軽量、小型化できる。さら
に、固定側刷子を金属質部材で且つ銅合金のバネ材で作
ることにより、スプリングがなくても固定側刷子が集電
環側に付勢することにより、集電環に対する固定側刷子
の接触圧を十分に確保できるので、安定した給電状態を
確保できる。
【００２４】請求項４に記載の発明によれば、固定側刷
子が刷子固定部に保持され、固定側刷子が集電環の回転
方向の前方側と後方側との少なくとも一方で集電環に接
触しているので、固定側刷子から集電環へ安定した給電
を行うことができる。請求項５に記載の発明によれば、
固定側刷子が刷子固定部に保持され、固定側刷子が集電
環の回転方向の前方側と後方側との両方で集電環に接触
しているので、固定側刷子が剥離し易い方向に過大な振
動が発生して、一方が集電環より剥離しても他方が集電
環の外周に密着することになるので、固定側刷子から集
電環へ安定した給電を行うことができる。
【００２５】請求項６に記載の発明によれば、固定側刷
子に面取り形状を成す延長片を形成することにより、固
定側刷子が集電環の軸方向の前方側と後方側とのいずれ
か一方に滑らかに移動できるので、分解作業時または組
付作業時の引っ掛かりを防止でき、分解作業または組付
作業をスムーズに行うことができる。
【００２６】請求項７に記載の発明によれば、刷子接続
端子が固定側刷子を機械的および電気的に接続すること
により、刷子接続端子と固定側刷子との間で安定した給
電を行うことができる。また、刷子接続端子を固定側刷
子を形成する金属質部材と異なる金属質部材で作ること
により、固定側刷子または刷子接続端子の価格を低下で
きるので、発電機の製品コストを低減化できる。
【００２７】請求項８に記載の発明によれば、収容室形
成部材が集電環と固定側刷子とを収容する円筒状の収容
室を形成することにより、被水等の異物が集電環と固定
側刷子との接触部分に浸入することを抑制できると共
に、固定側刷子と集電環との摺動により発生する摩耗粉
の飛散を抑制できる。
【００２８】請求項９に記載の発明によれば、集電環を
銅合金の発泡骨格金属を金属母体とした炭素粉末で作る
ことにより、集電環を炭素単体で作る場合と比較して導
電性および強度を向上できる。請求項１０に記載の発明
によれば、固定側刷子とシャフトの軸方向に沿ってのみ
結合するような形状に刷子固定部を形成することによ
り、シャフトの径方向に大きな取付スペースが必要とな
らず、発電機の体格を縮径できるので、発電機を軽量、
小型化できる。
【００２９】請求項１１に記載の発明によれば、集電環
と固定側刷子とを収容する円筒状の収容室を形成する収
容室形成部材に刷子固定部が設けられていることによ
り、被水等の異物が固定側刷子と刷子固定部との接続部
分に浸入することを抑制できる。
【００３０】請求項１２に記載の発明によれば、シャフ
トの径方向に大きな取付スペースを必要とすることな
く、刷子接続端子と固定側刷子とをシャフトの軸方向に
沿って機械的および電気的に接続することにより、刷子
接続端子と固定側刷子との間で安定した給電を行うこと
ができる。
【００３１】請求項１３に記載の発明によれば、収容室
形成部材で形成される円筒状の収容室内において、２個
の固定側刷子がシャフトの軸方向および周方向に所定距
離だけ離れて保持されているので、狭い収容室内で所定
の絶縁距離を保ちながらコンパクトに２個の固定側刷子
を収容できる。
【００３２】請求項１４に記載の発明によれば、固定側
刷子を集電環の外周に沿って延びる円弧形状することに
より、集電環に対する固定側刷子の接触圧の合成ベクト
ルが略０になり、固定側刷子を保持する刷子固定部に固
定側刷子の接触圧があまり加わらないようにできる。こ
れにより、固定側刷子と刷子固定部との結合状態が低下
することを防止できる。
【００３３】請求項１５に記載の発明によれば、円筒状
の収容室を形成する収容室形成部材の外周と送風装置の
環状ブレード列の内周との間に円環状空間を形成し、こ
の円環状空間が送風装置の環状ブレード列の全周に向け
て略均等の吸い込み空間を形成していることにより、空
気が送風装置の環状ブレード列にスムーズに吸い込まれ
るため、騒音を抑えることができる。
【００３４】請求項１６に記載の発明によれば、固定側
刷子を板材で作ることにより、固定側刷子を薄くするこ
とができるので、電気接続装置を大幅に軽量、小型化で
きる。したがって、発電機の体格を縮径できるので、発
電機を軽量、小型化できる。固定側刷子の延長部のバネ
力によって接触子を集電環に押し付けるようにすること
により、スプリングがなくても固定側刷子が集電環側に
付勢する。これにより、集電環に対する固定側刷子の接
触圧を十分に確保することができるので、安定した給電
状態を確保することができる。
【００３５】請求項１７に記載の発明によれば、収容室
形成部材に含まれる円筒状の刷子保持部内において、２
個の刷子接続端子がシャフトの軸方向および周方向に所
定距離だけ離れて保持されているので、狭い刷子保持部
内で所定の絶縁距離を保ちながらコンパクトに２個の刷
子接続端子を収容できる。
【００３６】請求項１８に記載の発明によれば、収容室
形成部材に含まれる円筒状の刷子保持部内において、２
個の固定側刷子がシャフトの軸方向および周方向に所定
距離だけ離れて保持されているので、狭い刷子保持部内
で所定の絶縁距離を保ちながらコンパクトに２個の固定
側刷子を収容できる。
【００３７】請求項１９に記載の発明によれば、固定側
刷子の延長部の先端に設けられた接触子の開口側に面取
り形状を成す延長片を形成することにより、固定側刷子
が集電環の軸方向の前方側と後方側とのいずれか一方に
滑らかに移動できるので、分解作業時または組付作業時
の引っ掛かりを防止でき、分解作業または組付作業をス
ムーズに行うことができる。
【００３８】請求項２０に記載の発明によれば、円筒状
の収容室を形成する収容室形成部材の外周と送風装置の
環状ブレード列の内周との間に円環状空間を形成し、こ
の円環状空間が送風装置の環状ブレード列の全周に向け
て略均等の吸い込み空間を形成していることにより、空
気が送風装置の環状ブレード列にスムーズに吸い込まれ
るため、騒音を抑えることができる。
【００３９】
【発明の実施の形態】
〔実施例の構成〕図１ないし図６はこの発明の発電機を
車両用交流発電機に適用した実施例を示したもので、図
１は車両用交流発電機の電気接続装置の主要部構造を示
した図であり、図２は車両用交流発電機の全体構造を示
した図で、図３および図４は車両用交流発電機の主要部
構造を示した図であり、図５はリヤハウジングに三相整
流装置、電圧調整装置および刷子装置を組み付けた状態
を示した図である。
【００４０】車両用交流発電機１は、ポリＶベルト（図
示せず）を介してエンジンで駆動され、発電した交流電
流を三相整流装置９で整流し、直流に変換して、車両に
搭載されたバッテリ（図示せず）の充電と電気負荷へ必
要な電力の供給とを行うオルタネータである。この車両
用交流発電機１は、ハウジング２、ステータ３、ロータ
４、シャフト５、集電装置６、送風装置７、刷子装置
８、三相整流装置９および電圧調整装置１０等から構成
されている。
【００４１】〔ハウジングの説明〕次に、ハウジング２
について図２ないし図６に基づいて説明する。このハウ
ジング２は、２個のアルミニウムダイカスト製のフロン
トハウジング（ドライブフレームとも言う）１１および
リヤハウジング（リヤフレームとも言う）１２からな
り、複数のスタッドボルト１３およびナット１４によっ
て締結されている。
【００４２】また、フロントハウジング１１には、シャ
フト５のフロント側（前端側）を回転自在に支持する軸
受としてのフロントベアリング（軸受）１５がボス部
（軸受保持部）１６に圧入およびかしめによって固定さ
れている。また、リヤハウジング１２には、シャフト５
のリヤ側（後端側）を回転自在に支持する軸受としての
リヤベアリング１６がボス部（軸受保持部）１８に圧入
およびかしめによって固定されている。そして、ハウジ
ング２内に冷却風を吸い込むべく、フロントハウジング
１１には多数の通風口１９が、リヤハウジング１２には
多数の通風口２０および多数の排気口２１が、略円環状
に周設されている。
【００４３】さらに、フロントハウジング１１の上部に
はエンジンの上側ブラケット（図示せず）に締結固定さ
れるステー部２２が、下部にはエンジンの下側ブラケッ
ト（図示せず）に締結固定されるステー部２３が一体成
形されている。また、リヤハウジング１２の下部には、
エンジンの下側ブラケットに締結固定されるステー部２
４が一体成形されている。これらのステー部２２〜２４
には、ボルトが挿通するボルト穴２５〜２７が貫通して
いる。
【００４４】〔ステータの説明〕次に、ステータ３につ
いて図２に基づいて説明する。このステータ３は、ハウ
ジング２の内面に固定されたステータコア３１、および
このステータコア３１に巻装された三相のステータコイ
ル３２により構成された固定子である。
【００４５】ステータコア３１は、電機子鉄心を構成す
るもので、磁性材料製の薄鋼板を複数積層してなる積層
コアよりなり、フロントハウジング１１の内周面に圧入
固定されて一体化されている。ステータコア３１の内周
側には、多数のスロット（図示せず）が等間隔で形成さ
れている。
【００４６】三相のステータコイル３２は、Ｙ結線また
はΔ結線により接続され、ロータ４の回転に伴って三相
交流出力が誘起する三相の電機子巻線である。これらの
ステータコイル３２の巻線端は、三相整流装置９の三相
整流回路に半田付け等を用いて電気的に接続されてい
る。
【００４７】〔ロータの説明〕次に、ロータ４について
図２に基づいて説明する。このロータ４は、界磁装置と
して働く部分で、シャフト５と一体的に回転する回転子
である。ロータ４は、シャフト５、このシャフト５に固
定されたランデル型のポールコア３３、このポールコア
３３に巻装された界磁コイル３４、この界磁コイル３４
に励磁電流を供給するための集電装置６、および冷却風
を発生させる送風装置７等から構成されている。
【００４８】ポールコア３３は、本発明のロータコア
（界磁極、界磁鉄心または回転子鉄心とも言う）であっ
て、中央に界磁コイル３４が巻かれ、強磁性材料により
作られている。このポールコア３３は、界磁コイル３４
に励磁電流が流れると一方の爪状磁極部３５が全てＮ極
になり、他方の爪状磁極部３６が全てＳ極になる。そし
て、他方の爪状磁極部３６のリヤ側壁面には、ハウジン
グ２内に冷却風を吸い込む送風装置７が溶接等の手段を
用いて取り付けられている。
【００４９】界磁コイル３４は、本発明のロータコイル
であって、ポールコア３３の中央部にコイルボビン３７
を介して巻回され、励磁電流が流れるとポールコア３３
を磁化する励磁巻線（回転子巻線とも言う）である。な
お、コイルボビン３７は、界磁コイル３４とポールコア
３３とを電気的に絶縁する電気絶縁性の樹脂質部材で作
られている。
【００５０】〔シャフトの説明〕次に、シャフト５につ
いて図２に基づいて説明する。このシャフト５は、ハウ
ジング２のボス部１６、１８にフロント、リヤベアリン
グ１５、１７を介して回転自在に支持されている。この
シャフト５の一端部（先端部、フロント側端部）には、
エンジンの回転動力をシャフト５に伝達するためのＶリ
ブドプーリ（ポリＶベルト用プーリ）３８が座付きナッ
ト３９とフロントベアリング１５との間に締結固定され
ている。
【００５１】このＶリブドプーリ３８は、ポリＶベルト
等の伝動手段（図示せず）を介してエンジンの出力軸
（クランク軸）に装着されたポリＶベルト用プーリ（図
示せず）に駆動連結されている。なお、シャフト５とＶ
リブドプーリ３８との間に電磁クラッチ等のクラッチ手
段を配しても良い。
【００５２】〔集電装置の説明〕次に、集電装置６につ
いて図１ないし図４に基づいて説明する。この集電装置
６は、バッテリおよび電圧調整装置１０と界磁コイル３
４とを刷子装置８を通して接続するために使われる２個
の炭素質集電環４１、およびこれらの炭素質集電環４１
の各々に接続される２個のコネクションバー（スリップ
リング端子とも言う）４２（図３参照）等から構成され
ている。
【００５３】２個の炭素質集電環４１は、所謂スリップ
リングであって、シャフト５の他端部（後端部、リヤ側
端部）の外周に設けられ、互いに電気的に独立した２個
の円環状集電環本体である。これらの炭素質集電環４１
は、後記する電気絶縁性の樹脂質部材によって、シャフ
ト５の他端部の外周にシャフト５の軸方向に所定間隙を
隔てて横並びで保持され、且つ電気的に絶縁されてい
る。２個の炭素質集電環４１にコネクションバー４２の
一端がインサート成形されることで両者が機械的、且つ
電気的に接続される。これらの炭素質集電環４１の材質
としては、炭素（カーボン）質部材（例えば銅合金の発
泡骨格金属を金属母体とした炭素粉末、天然黒鉛、電気
黒鉛または金属黒鉛等）が使用されている。なお、コネ
クションバー４２は、界磁コイル３４の端末線が半田付
け等の手段により電気的に接合されている。
【００５４】〔送風装置の説明〕次に、送風装置７につ
いて図１ないし図４に基づいて説明する。この送風装置
８は、電気絶縁性の樹脂質部材で成形され、２個の炭素
質集電環４１および２個のコネクションバー４２を樹脂
質部材にてインサート成形している。この送風装置７
は、２個の炭素質集電環４１と２個のコネクションバー
４２との接続箇所を保護する端子保護部材でもある。な
お、樹脂質部材としては、例えば電気絶縁性および耐熱
性に優れ、高強度で寸法安定性に優れる例えばポリフェ
ニレンスルフィド樹脂（ＰＰＳ樹脂）を使用することが
望ましい。
【００５５】送風装置７は、遠心式ファンの冷却翼を構
成する複数のブレード４３、これらのブレード４３を支
持する円環状の支持板部（ベース板）４４、および２個
の炭素質集電環４１と２個のコネクションバー４２の軸
方向部分をインサート成形した筒状の集電環固定部４５
等から構成されている。ブレード４３は、図３および図
４に示したように、支持板部４４の外周部の端面上に円
環状に複数配列されている。支持板部４４は、ポールコ
ア３３の集電環側端面（後端側の側面）に固定され、２
個のコネクションバー４２の径方向部分をインサート成
形している。集電環固定部４５は、２個の炭素質集電環
４１および２個のコネクションバー４２の軸方向部分と
一体化されてシャフト５の他端部外周に圧入固定されて
いる。
【００５６】〔刷子装置の説明〕次に、刷子装置８につ
いて図１ないし図６に基づいて説明する。この刷子装置
８は、２個の炭素質集電環４１のそれぞれの外周に接触
する互いに電気的に独立した２個の金属質刷子５１、こ
れらの金属質刷子５１を支持固定する収容室形成部材５
２、およびこの収容室形成部材５２にインサート成形さ
れた接続ターミナル５３、５４等から構成されている。
【００５７】各金属質刷子５１は、本発明の固定側刷子
であって、プレス加工のみにより一体成形され、２個の
炭素質集電環４１を介して界磁コイル３４に励磁電流を
供給するブラシである。これらの金属質刷子５１の材質
としては、金属質部材（例えば銅合金のバネ材である燐
青銅またはベリリウム銅等の導電性の薄板弾性材）が使
用されている。
【００５８】そして、金属質刷子５１には、炭素質集電
環４１を囲むように形成された半円弧形状の刷子本体５
５、およびこの刷子本体５５より収容室形成部材５２側
に突出した刷子被固定部５６がそれぞれ形成されてい
る。この刷子本体５５は、刷子被固定部５６から炭素質
集電環４１の外周に沿って円弧形状に延びる板状の延長
部（アーム部）５５１、５５２と、これらの先端に設け
られ、炭素質集電環４１の外周面と摺動接触する２個の
接触子５７、５８とを備えている。
【００５９】そして、刷子本体５５は、基端部（頂端
部）５５ａから炭素質集電環４１の回転方向の前方側
（リーディング側）と後方側（トレーリング側）との両
方に延びていて、前方側と後方側との両方の接触子５
７、５８で炭素質集電環４１と接触している。すなわ
ち、刷子本体５５は、図１に示したように、両方の延長
部５５１、５５２の先端間（両方の接触子５７、５８
間）寸法Ａと炭素質集電環径Ｂとの寸法差（Ｂ−Ａ）の
締め代により炭素質集電環４１へ押圧され両方の接触子
５７、５８で炭素質集電環４１の外周面と接触するよう
に半円弧形状（馬蹄形状）に形成されている。なお、刷
子本体５５が基端部５５ａから炭素質集電環４１の回転
方向の前方側と後方側とのいずれか一方のみに延びて炭
素質集電環４１と接触していても良い。
【００６０】２個の接触子５７、５８は、各炭素質集電
環４１の外周面を摺動する摺動部分である。そして、こ
れらの接触子５７、５８は、刷子本体５５のバネ特性に
より各炭素質集電環４１との接触圧を確保している。２
個の接触子５７、５８の軸方向の両方の開口側からは、
４個の延長片５７ａ、５７ｂ、５８ａ、５８ｂが突き出
している。４個の延長片５７ａ、５７ｂ、５８ａ、５８
ｂは、集電環４１の軸方向両端よりそれぞれ軸方向の両
側に向けて延長され、且つ各接触子５７、５８の軸方向
に対して外側に副った形状（面取り形状）に形成されて
いる。
【００６１】刷子被固定部５６は、金属質刷子５１の材
質として銅合金のバネ材を使用していることから、つま
りバネ材の特徴であるバネ特性を利用した方法で接続タ
ーミナル５３、５４と電気的および機械的に固定されて
いる。このため、この実施例の刷子被固定部５６は、性
能上および製造上の最小スペースとなるファストン形状
に形成されている。
【００６２】すなわち、刷子被固定部５６は、図１に示
したように、刷子本体５５の基端部５５ａより軸方向に
突出した突出片５６ａ、およびこの突出片５６ａの両側
を断面形状が略長円形状の円周を描くように折り曲げた
弾性変形可能な係止片５６ｂ、５６ｃを有している。そ
して、刷子被固定部５６は、接続ターミナル５３、５４
の先端部が突出片５６ａと係止片５６ｂ、５６ｃとの間
に挿入されることにより、突出片５６ａと係止片５６
ｂ、５６ｃとの間で接続ターミナル５３、５４の先端部
を挟持する。
【００６３】以上のようにして、一方の炭素質集電環４
１と一方の金属質刷子５１とが電気的に接続される。同
様にして、他方の炭素質集電環４１と他方の金属質刷子
５１とが電気的に接続される。このように２対の炭素質
集電環４１と金属質刷子５１とによって電気接続装置が
構成されている。これにより、接続ターミナル５３、一
方の金属質刷子５１、一方の炭素質集電環４１、一方の
コネクションバー４２、界磁コイル３４、他方のコネク
ションバー４２、他方の炭素質集電環４１、他方の金属
質刷子５１、および接続ターミナル５４の経路で通電経
路が形成される。
【００６４】なお、図２には、シャフト５のポールコア
３３側の炭素質集電環４１と金属質刷子５１との接続状
態が図示されている。但し、理解を容易にするために、
接触子５７および刷子被固定部５６の周方向の位置関係
は模式的に図示されている。これらの部分の周方向の配
置は、図６のようである。すなわち、２個の金属質刷子
５１は、シャフト５の周方向に所定距離だけ離れて固定
されている。また、図３に示したように、２個の金属質
刷子５１は、シャフト５の軸方向に所定距離だけ離れて
固定されている。
【００６５】収容室形成部材５２は、電気絶縁性の樹脂
質部材（例えばＰＰＳ樹脂等）よりなる。この収容室形
成部材５２は、２個の金属質刷子５１を保持固定する刷
子保持部（ブラシホルダとも言う）５９、およびこの刷
子保持部５９の前端側より軸方向の前方側へ延長された
集電環カバー６１を一体成形している。刷子保持部５９
は、接続ターミナル５３、５４をインサート成形してお
り、接続ターミナル５３、５４の各々の両端部を突出し
た状態で接続ターミナル５３、５４を保持している。
【００６６】集電環カバー６１は、ポールコア３３側が
開口した円筒形状に形成されており、集電環固定部４５
と共に、２個の炭素質集電環４１および２個の金属質刷
子５１を収容し、且つ２個の炭素質集電環４１の外周を
取り囲む円筒状の収容室４８を区画形成する所謂スリッ
プリングカバーである。また、この集電環カバー６１の
外周と送風装置７の環状ブレード列の内周との間には、
図３に示したように、円環状空間４９が区画形成されて
いる。この円環状空間４９は、送風装置７の環状ブレー
ド列の全周に向けて均等に吸い込み側空間を形成する。
【００６７】接続ターミナル５３は、本発明の刷子固定
部、刷子接続端子であって、断面形状が略Ｌ字状に形成
され、電圧調整装置１０の励磁電流出力ターミナル６９
に固定ねじ７０により締結固定されて電気的に接続され
た給電端子である。接続ターミナル５４は、本発明の刷
子固定部、刷子接続端子であって、接続ターミナル５３
に対して逆側に延びるように断面形状が略逆Ｌ字状に形
成され、三相整流装置９の直流出力ターミナル７１に固
定ねじ７２により締結固定されて電気的に接続された給
電端子である。
【００６８】なお、接続ターミナル５３、５４は、シャ
フト５の軸方向に沿ってのみ金属質刷子５１の刷子被固
定部５６と結合する形状に形成されている。すなわち、
接続ターミナル５３、５４の先端部は、図１に示したよ
うに、刷子被固定部５６の突出片５６ａと係止片５６
ｂ、５６ｃとの間に挿入し易いようにテーパー形状に形
成されている。
【００６９】また、図５には、周方向に並べて露出した
接続ターミナル５３、５４が図示されている。これらの
接続ターミナル５３、５４は、２個の炭素質集電環４１
に対応して軸方向に離れて配置されている。そして、一
つの接続ターミナル５３に一つの金属質刷子５１の刷子
被固定部５６が固定され、他の接続ターミナル５３に他
の金属質刷子５１の刷子被固定部５６が固定される。こ
のため、２個の金属質刷子５１は、２個の炭素質集電環
４１の軸方向位置に対応して軸方向に互いに離れで保持
されると共に、接続ターミナル５３、５４の位置に対応
して周方向にも互いに離れて保持される。この構成によ
り、半円弧形状の２つの金属質刷子５１を円筒状の空間
内に配置することができる。
【００７０】〔三相整流装置の説明〕次に、三相整流装
置９について図２、図３、図５および図６に基づいて説
明する。この三相整流装置９は、所謂レクティファイヤ
であって、直流出力ターミナル７１、正極側冷却フィン
７３、負極側冷却フィン７４、３個の正極側ダイオード
７５、３個の負極側ダイオード７６および端子台７７等
から構成されている。
【００７１】直流出力ターミナル７１は、三相整流装置
９の外部接続端子であって、一端部に図示しない導電線
を介してバッテリの正極に電気的に接続され、他端部が
刷子装置８の接続ターミナル５４および正極側冷却フィ
ン７３に図示しない固定ねじを締め付けることにより電
気的に接続されている。この直流出力ターミナル７１
は、バッテリに充電電流を供給するターミナル（直流出
力正極側ターミナルとも言う）で、車両用交流発電機１
のＢ端子を構成する。
【００７２】正極側冷却フィン７３は、負極側冷却フィ
ン７４と共に収容室形成部材５２を囲むように所定の形
状に一体成形され、リヤハウジング１２の側面に沿うよ
うに配されている。正極側冷却フィン７３は、図示しな
い絶縁部材を介してリヤフレーム１２の内側面に固定さ
れている。負極側冷却フィン７４は、リヤフレーム１２
を介してボディアース（接地）されている。すなわち、
正極側冷却フィン７３はバッテリの正極（＋）側に電気
的に接続され、負極側冷却フィン７４はバッテリの負極
（−）側に電気的に接続されている。
【００７３】そして、正極側、負極側冷却フィン７３、
７４は、それぞれ熱伝導性に優れる導電性金属板（例え
ばアルミニウム板）で作られており、３個ずつの正極
側、負極側ダイオード７５、７６の発熱を放熱する放熱
フィンであると共に、３個ずつの正極側、負極側ダイオ
ード７５、７６を保持固定する整流素子保持手段でもあ
る。
【００７４】３個ずつの正極側、負極側ダイオード７
５、７６は、三相のステータコイル３２の交流出力を整
流して直流出力に変換（整流）する正極側、負極側整流
素子である。３個ずつの正極側、負極側ダイオード７
５、７６は、一端側（リード線）がそれぞれ３個の交流
入力端子７８に半田付けにより電気的に接続され、他端
側がそれぞれ正極側、負極側冷却フィン７３、７４に半
田付けにより電気的に接続されている。なお、直流出力
ターミナル７１、正極側、負極側冷却フィン７３、７
４、３個ずつの正極側、３個の負極側ダイオード７５、
７６および３個の交流入力端子７８等から三相整流回路
が構成される。
【００７５】端子台７７は、電気絶縁性の樹脂質部材
（例えばＰＰＳ樹脂等）で所定の形状に作られ、３個の
交流入力端子７８をインサート成形して保持すると共
に、正極側冷却フィン７３と負極側冷却フィン７４とを
電気的に絶縁する。この端子台７７は、固定ねじ７９に
より正極側、負極側冷却フィン７３、７４を固定してい
る。
【００７６】〔電圧調整装置の説明〕次に、電圧調整装
置１０について図２、図３、図５および図６に基づいて
説明する。この電圧調整装置１０は、所謂ＩＣレギュレ
ータであって、励磁電流出力ターミナル６９、集積回路
（図示せず）およびケーシング６２等から構成されてい
る。
【００７７】励磁電流出力ターミナル６９は、電圧調整
装置１０の外部接続端子であって、リヤハウジング１２
に固定されるケーシング６２に保持され、且つ接続ター
ミナル５３を介して２個の金属質刷子５１に固定ねじ７
０を用いて機械的に接続されている。これにより、励磁
電流出力ターミナル６９は、収容室形成部材５２および
２個の金属質刷子５１をリヤハウジング１２に固定する
刷子固定手段として働く。
【００７８】集積回路は、界磁コイル３４に供給する励
磁電流を制御して三相のステータコイル３２の発電電圧
を調整する電圧調整手段である。この集積回路には、界
磁コイル３４の通電および通電停止を制御するスイッチ
ング素子としてのパワートランジスタや、界磁コイル３
４に流れる励磁電流を減衰させる逆起電力吸収用ダイオ
ード等が組み込まれている。
【００７９】ケーシング６２は、電気絶縁性の樹脂質部
材（例えばＰＰＳ樹脂等）で作られ、リヤハウジング１
２に固定ねじ６５により締結固定されるブラケット６６
を有している。また、ケーシング６２の内部には、集積
回路等の電子部品がエポキシ樹脂系の樹脂質部材により
モールド成形されている。
【００８０】〔実施例の作用〕次に、この実施例の車両
用交流発電機１の作用を図１ないし図６に基づいて簡単
に説明する。
【００８１】車両に搭載されたエンジンが始動すると、
エンジンの回転動力がポリＶベルト等の伝動手段を介し
てＶリブドプーリ３８に伝達され、ハウジング２にフロ
ント、リヤベアリング１５、１７を介して回転自在に支
持されているシャフト５が回転することによりロータ４
が回転する。このとき、シャフト５と一体的にポールコ
ア３３、界磁コイル３４および２個の炭素質集電環４１
が回転する。
【００８２】そして、電圧調整装置１０が界磁コイル３
４の給電を開始すると、バッテリ→直流出力ターミナル
７１→接続ターミナル５４→一方の金属質刷子５１→一
方の炭素質集電環４１→一方のコネクションバー４２→
界磁コイル３４→他方のコネクションバー４２→他方の
炭素質集電環４１→他方の金属質刷子５１→接続ターミ
ナル５３→励磁電流出力ターミナル６９→電圧調整装置
１０→リヤフレーム１２→ボディのように励磁電流が流
れる。したがって、界磁コイル３４にバッテリより電圧
が印加されて界磁コイル３４に励磁電流が流れることに
よりポールコア３３の２個の爪状磁極部３５、３６が磁
化する。これにより、一方の爪状磁極部３５が全てＮ極
になり、他方の爪状磁極部３６が全てＳ極になる。
【００８３】そして、ロータ４と相対回転するステータ
３のステータコア３１に巻装された三相のステータコイ
ル３２に順次交流電流が誘起し、発電電圧が急速に立ち
上がる。この三相の交流電流は、３個の交流入力端子７
８を経て三相整流回路に入力される。すなわち、３個の
正極側ダイオード７５および３個の負極側ダイオード７
６に入力されることにより、三相の交流電流が整流され
直流電流に変換される。
【００８４】そして、三相のステータコイル３２の発電
電圧（直流出力ターミナル７１の電圧、Ｂ端子電圧）が
バッテリ電圧を越えると、整流された直流電流、すなわ
ち、充電電流は、３個の正極側ダイオード７５→正極側
冷却フィン７３→直流出力ターミナル７１→導電線を経
てバッテリに供給される。これにより、バッテリに充電
電流が流れることによってバッテリが充電されると共
に、車両に搭載された電気負荷に電力が供給される。
【００８５】そして、車両用交流発電機１を長期間運転
することにより、シャフト５の外周に一体的に設けられ
た２個の炭素質集電環４１と収容室形成部材５２に保持
された接続ターミナル５３、５４に機械的に固定された
２個の金属質刷子５１とが高速回転で摺動して摩耗す
る。
【００８６】しかるに、２個の炭素質集電環４１が炭素
質部材で作られているので、自己潤滑性を備えている。
すなわち、炭素質集電環４１自身の摩擦係数を軽減する
ことにより、従来の銅合金製の金属質集電環と比較して
炭素質集電環４１の摩耗量が大幅に軽減される。また、
２個の金属質刷子５１が金属質部材で作られているの
で、軽量化されバネ荷重が軽減することにより２個の金
属質刷子５１の摩耗量が大幅に軽減される。したがっ
て、２個の炭素質集電環４１および２個の金属質刷子５
１の耐久寿命を長期化することができる。
【００８７】ここで、車両用交流発電機１の三相のステ
ータコイル３２、界磁コイル３４、三相整流装置９およ
び電圧調整装置１０の各電気部品が通電されることによ
り発熱する。この熱は、ロータ４が回転することによ
り、ポールコア３３の側面に固定された送風装置７の複
数のブレード４３が回転することにより、ハウジング２
内に冷却風が吸い込まれることにより冷却される。
【００８８】具体的には、ステータ３の三相のステータ
コイル３２およびロータ４の界磁コイル３４は、図２お
よび図３に示したように、フロントハウジング１１およ
びリヤハウジング１２に形成された多数の通風口１９お
よび多数の通風口２０を通って送り込まれる冷却風によ
って直接冷却される。また、３個の正極側、負極側ダイ
オード７５、７６で発生した熱は、正極側、負極側冷却
フィン７３、７４にリヤハウジング１２の通風口２０を
通って送り込まれた冷却風が当たることで正極側、負極
側冷却フィン７３、７４が冷やされることにより、正極
側、負極側冷却フィン７３、７４を介して放熱する。
【００８９】なお、この実施例では、送風装置７の環状
ブレード列の径方向の内側に２個のの炭素質集電環４１
および２個の金属質刷子５１とが配置されており、収容
室形成部材５２の集電環カバー６１の外周と送風装置７
の環状ブレード列との間に円環状空間４９を形成してい
る。これにより、送風装置７の複数のブレード４３の内
周側の円環状空間４９内に冷却風の通過を妨げるような
部材が存在しないので、通風口２０より吸い込まれた冷
却風が集電環カバー６１の外周側を通って複数のブレー
ド４３の内周部分にスムーズに冷却風が吸い込まれるこ
とにより、送風装置７の騒音を抑えることができる。さ
らに、充分な風量の冷却風を得ることができるので、各
電気部品の冷却効率を向上できると共に、発電効率を向
上できる。
【００９０】そして、ハウジング２内に冷却風が吸い込
まれる際に、水や埃等の異物もハウジング２内に侵入す
る。特に、リヤハウジング１２の通風口２０を通って異
物がハウジング２内に侵入すると、炭素質集電環４１と
金属質刷子５１との摺動部分に入り込む可能性がある。
しかし、この実施例では、収容室形成部材５２の集電環
カバー６１によって、２個の炭素質集電環４１の周囲を
囲むように円筒形状の収容室４８を区画形成しており、
しかも集電環カバー６１の開口側が送風装置７の複数の
ブレード４３の径方向の内側に位置するので、炭素質集
電環４１と金属質刷子５１との摺動部分への水や埃等の
異物が侵入し難い。
【００９１】〔実施例の効果〕先ず、車両用交流発電機
１の固定側刷子として金属質部材により製作された２個
の金属質刷子５１を使用した場合の効果について説明す
る。
【００９２】従来のように固定側刷子として炭素質部材
により製作された炭素質刷子１２３を使用した場合に
は、接触電気抵抗を小さくするために、炭素の中に銅粉
を混合して接触電気抵抗と炭素質刷子１２３の摩耗寿命
によりその配合比を決めていた。そして、銅粉等の金属
質部材を炭素に配合することにより、炭素質刷子１２３
の重量が重たくなるため振動による不具合を考慮しなけ
ればならなかった。なお、固定側刷子の耐振動は、一般
に機械設計書の文献によると下記の数１の式で表され
る。
【００９３】
【数１】耐振動∝｛（ｋ×バネ荷重）／（固定側刷子重
さ）｝＋｛スプリング重さ｝ ここで、固定側刷子（刷子本体）の重量を軽量化する
と、固定側刷子のバネ荷重を小さくできることが分か
る。
【００９４】この発明では、固定側刷子としてスプリン
グおよびピグテールを兼ねた金属質刷子５１を使用し、
この金属質刷子５１の材質として銅合金のバネ材（実施
例では燐青銅またはベリリウム銅）を使用することによ
り、金属質刷子５１の重量、特に刷子本体５５の重量を
大幅に軽量化している。
【００９５】これにより、金属質刷子５１のバネ荷重を
従来の炭素質刷子１２３と比較して大幅に低減できるの
で、金属質刷子５１の摩耗量が大幅に低減でき、且つ金
属質刷子５１の振動による不具合を抑制できることによ
り金属質刷子５１の寿命を長期化できる。したがって、
車両用交流発電機１の長寿命化を達成することができ
る。
【００９６】また、図１に示したように、金属質刷子５
１の刷子本体５５の形状を略半円弧形状に形成し、しか
も炭素質集電環４１を２個の接触子５７、５８で挟み込
むようにすることにより、金属質刷子５１が炭素質集電
環４１の外周に接触する時の接触圧の合成ベクトルが０
になるので、接続ターミナル５３、５４に機械的に固定
される刷子被固定部５６にその接触圧の力が加わらない
構造となる。
【００９７】そして、金属質刷子５１の刷子本体５５が
炭素質集電環４１より剥離し易い方向、つまり炭素質集
電環４１の径方向に過大な振動が発生した場合でも、剥
離する接触子５７（５８）と剥離しない接触子５８（５
７）とが存在することにより、金属質刷子５１と炭素質
集電環４１との電気的な接続が維持され、界磁コイル３
４に安定した励磁電流を流すことができる。
【００９８】さらに、図１に示したように、金属質刷子
５１の接触子５７、５８の軸方向の両側に面取り形状の
延長片５７ａ、５７ｂ、５８ａ、５８ｂを設けることに
より、接触子５７、５８が軸方向に滑らかに移動するこ
とができるので、金属質刷子５１を炭素質集電環４１の
外周に組み付けたり、金属質刷子５１を炭素質集電環４
１の外周から取り外して分解したりすることが非常に容
易となる。これにより、車両用交流発電機１の生産性が
向上するので、車両用交流発電機１の製品コストを低減
できる。
【００９９】また、従来のように金属質部材で作られた
金属質集電環１２１の場合には、金属質集電環１２１と
コネクションバー１２２との溶接および金属質集電環１
２１を精密な円環形状に仕上げるための切削性を考慮す
ると、長寿命化のために金属質集電環１２１の材料であ
る金属質部材の硬さの向上はできないという問題が生じ
ていた。しかるに、本発明の金属質刷子５１は導電性の
薄板弾性材（板金）でありプレス加工だけで図１の形状
に成形加工できるので、金属質刷子５１の材料である金
属質部材の摩耗寿命に影響する素材の硬さを十分に高く
できる。これにより、金属質刷子５１の長寿命化を達成
できる。
【０１００】次に、金属質刷子５１の固定方法（支持構
造）による効果について説明する。金属質刷子５１の刷
子被固定部５６と接続ターミナル５３、５４は、コスト
的に異種金属を設定することにより、車両用交流発電機
１の製造コストを低減できる。また、接続ターミナル５
３、５４と一体で電気絶縁性の樹脂質部材にて収容室形
成部材５２を一体成形する場合には、接続ターミナル５
３、５４のインサート成形時の樹脂温度により金属特性
が変質し、金属質刷子５１の耐摩耗性が低下する可能性
があるので、インサート成形後に接続ターミナル５３、
５４と刷子被固定部５６とを機械的に固定して両者の電
気的な接続を行う必要がある。
【０１０１】接続ターミナル５３、５４と刷子被固定部
５６の固定方法としては、溶接、かしめ等のような固定
方法を用いることができるが、金属質刷子５１の材質が
銅合金のバネ材であることから性能上および製造上の最
小スペースとなるファストン形状（図１参照）による固
定方法が最適である。
【０１０２】次に、炭素質集電環４１を炭素質部材（例
えば銅合金の発泡骨格金属を金属母体とした炭素粉末よ
り形成等）により製作した場合の効果について説明す
る。従来の構造の場合は、炭素質刷子１２３が摩耗部材
であるために予め摩耗を予測した大きさと長さを設定す
る必要があり、さらに励磁回路のドロップ電圧を小さく
するために電圧調整装置を刷子本体の近傍に配置してい
る。このため、車両用交流発電機１の体格の縮小化がで
きず車両用交流発電機１のコンパクト化の妨げとなって
いる。
【０１０３】しかるに、金属質刷子５１を金属質部材で
製作することにより、金属質刷子５１が摩耗し難くなる
ので、従来の摩耗部材で作った炭素質刷子１２３のよう
に予め摩耗を予測した大きさと長さに設定する必要はな
い。これにより、金属質刷子５１を極めて薄くすること
ができる。すなわち、金属質刷子５１を薄板弾性材によ
り製作できるので、金属質刷子５１および収容室形成部
材５２等から構成される刷子装置８を大幅に軽量、小型
化することができる。したがって、金属質刷子５１の近
傍に電圧調整装置１０を設置した場合でも、車両用交流
発電機１の体格を縮径でき、且つ軸方向寸法も縮小化で
きるので、車両用交流発電機１を軽量、小型化すること
ができる。
【０１０４】また、本発明のように、炭素質集電環４１
を炭素質部材で製作して、炭素質集電環４１の自身の自
己潤滑性（摩擦係数の軽減）、および金属質刷子５１と
の接触確率が大幅に少なくなることにより、従来の金属
質集電環１２１と比較して摩耗量を大幅に低減すること
ができる。また、上記の数１の式のように、金属質刷子
５１の軽量化のために金属質刷子５１のバネ荷重が低減
することにより炭素質集電環４１の摩耗量を更に低減す
ることができるので、炭素質集電環４１の長寿命化を達
成できる。したがって、車両用交流発電機１の長寿命化
を達成することができる。
【０１０５】そして、金属質刷子５１が金属質部材で製
作されていることにより、金属質刷子５１において炭素
質刷子４１の外周に接触する接触部分の電気抵抗を小さ
くするために、金属質刷子５１の接触部分の表面積を小
さくしても電流密度が変化しないので、金属質刷子５１
の温度上昇が抑えられて金属質刷子５１の耐久寿命が延
びる。一方、炭素質集電環４１を炭素質部材で製作して
いるが、円環状の炭素質集電環４１のうち金属質刷子５
１に接触する部分は円周方向寸法の一部であるため、炭
素質集電環４１の温度上昇も抑えられて炭素質集電環４
１の耐久寿命が延びる。したがって、車両用交流発電機
１の長寿命化を達成することができる。
【０１０６】そして、炭素質集電環４１が炭素質部材で
製作されていることにより、金属質刷子５１を金属質部
材で製作して、その金属質刷子５１を炭素質集電環４１
の外周に高速運転（例えば１００００ｒｐｍ以上）で摺
動させても安定した摩耗と界磁コイル３４への通電を確
保することができる。
【０１０７】次に、２個の金属質刷子５１、２個の接続
ターミナル５３、５４を収容室形成部材５２内に保持し
た場合の効果について説明する。収容室形成部材５２に
含まれる円筒状の刷子保持部５９内においては、図３、
図５および図６に示したように、２個の接続ターミナル
５３、５４がシャフト５の軸方向に所定距離だけ離れて
保持固定され、且つシャフト５の周方向にも所定距離だ
け離れて保持固定されている。これにより、狭い刷子保
持部５９内で所定の絶縁距離を保ちながらコンパクトに
２個の接続ターミナル５３、５４を収容することができ
る。
【０１０８】また、刷子保持部５９内においては、図４
に示したように、２個の金属質刷子５１がシャフト５の
軸方向に所定距離だけ離れて保持固定され、且つシャフ
ト５の周方向にも所定距離だけ離れて保持固定されてい
る。これにより、２個の集電環４１の外周面と刷子保持
部５９の前端面と集電環カバー６１の内周面とで囲まれ
た円筒状の収容室４８内で所定の絶縁距離を保ちながら
コンパクトに２個の金属質刷子５１を収容することがで
きる。これらによって、金属質刷子５１および収容室形
成部材５２等から構成される刷子装置８を大幅に軽量、
小型化することができる。したがって、車両用交流発電
機１の径方向寸法および軸方向寸法を縮小化できるの
で、車両用交流発電機１を軽量、小型化することができ
る。
【０１０９】次に、送風装置７の環状ブレード列の径方
向の内側に２個の炭素質集電環４１および２個の金属質
刷子５１を配置した場合の効果について説明する。この
実施例では、送風装置７の環状ブレード列の径方向の内
側に、２個の炭素質集電環４１および２個の金属質刷子
５１を収容する収容室４８を形成する集電環カバー６１
の開口端が配置されている。これにより、車両用交流発
電機１の軸方向の体格の小型化、すなわち、車両用交流
発電機１の軸長の短縮化を実現することができる。
【０１１０】しかも、２個の金属質刷子５１を収容する
収容室４８は、極めてシンプルな円筒状の集電環カバー
６１で取り囲まれており、送風装置７の吸い込み側空間
（円環状空間４９）をその全周に亘って均等に確保して
いる。このような構成によると、車両用交流発電機１の
軸長を短縮化でき、しかも送風装置７の送風性能を低下
させることもない。特にこのような構成は、従来のよう
な棒状の炭素質刷子１２３を持つ車両用交流発電機１０
０を用いたのでは実現することは不可能である。
【０１１１】また、この実施例では、円筒状の集電環固
定部４５が、ポールコア３３の端面からシャフト５の軸
方向に沿って後方に延びており、ポールコア３３の端面
とそこから延び出すシャフト５との角部空間を無駄にす
ることなく、２個の金属質刷子５１を収容する収容室４
８を形成しているので、車両用交流発電機１の軸長を短
縮化できる。以上により、車両用交流発電機１の小型、
軽量化を実現することができる。
【０１１２】そして、この実施例では、電圧調整装置１
０のケーシング６２が送風装置７の環状ブレード列より
も軸方向の外側に配置されているので、送風装置７の複
数のブレード４３が回転する時に複数のブレード４３と
ケーシング６２との干渉を防止できる。
【０１１３】そして、従来の車両用交流発電機１００で
は、シャフト１０４から径方向の外側に向かって大型化
した刷子支持器（ブラシホルダ）１２４が設けられてい
ることから、冷却ファン１１９と所定の軸方向寸法を隔
てて刷子支持器１２４が配置されているため、冷却ファ
ン１１９の送風経路を遮ることにより、冷却ファン１１
９の送風効率（冷却効率）を低下させていた。しかし、
この実施例では、刷子保持部５９の前端面より軸方向に
沿って前方に延ばされた、極めてシンプルな円筒状の集
電環カバー６１によって、送風装置７の吸い込み側空間
をその全周に亘って均等に確保しているので、送風装置
７の送風効率（冷却効率）を向上でき、しかも環状ブレ
ード列に吸い込まれる空気に乱れが生じないので、騒音
の発生を抑えることもできる。
【０１１４】〔実施例と従来例の比較〕次に、炭素質集
電環４１および金属質刷子５１を備えた実施例と金属質
集電環１２１および炭素質刷子１２３を備えた従来例と
を比較した実験について説明する。この実験は、実施例
の金属質刷子５１と従来例の炭素質刷子１２３のバネ荷
重Ｐを種々変化させ、両者の刷子の摩耗量Ｑがどのよう
に変化するかについて調査したもので、その実験結果を
図７のグラフに示した。
【０１１５】この図７のグラフからも確認できるよう
に、従来例の炭素質刷子１２３のバネ荷重Ｐが８０ｇｆ
より小さくなると、急激に炭素質刷子１２３の摩耗量Ｑ
（mm3／１０００ｈ）が増大する傾向にあることが分か
る。また、従来例の炭素質刷子１２３のバネ荷重Ｐが１
７０ｇｆより徐々に大きくなると、徐々に炭素質刷子１
２３の摩耗量Ｑ（mm3 ／１０００ｈ）が増大していく傾
向にあることが分かる。
【０１１６】一方、実施例の金属質刷子５１のバネ荷重
Ｐが３０ｇｆより小さくなると、急激に金属質刷子５１
の摩耗量Ｑ（mm3 ／１０００ｈ）が増大する傾向にある
が、従来の炭素質刷子１２３の摩耗量Ｑに対して１／３
の摩耗量であることが分かる。また、実施例の金属質刷
子５１のバネ荷重Ｐが５０ｇｆより徐々に大きくなる
と、徐々に金属質刷子５１の摩耗量Ｑ（mm3 ／１０００
ｈ）が増大していく傾向にあるが、従来の炭素質刷子１
２３の摩耗量Ｑの増加傾向に対して微々たるものであ
る。
【０１１７】したがって、実施例の金属質刷子５１は、
金属質刷子５１のバネ荷重の軽減化を達成できることに
より、従来例の炭素質刷子１２３と比較して、大幅に摩
耗量が少なくなるので金属質刷子５１の長寿命化を達成
できる。また、炭素質刷子１２３にピグテール１２６を
一体形成し、且つ接触圧を確保するためにコイルスプリ
ング１２５が必要な従来例の炭素質刷子１２３と比較し
て実施例の金属質刷子５１は、スプリングおよびピグテ
ールを兼ねた銅合金のバネ材である金属質部材で製作さ
れているので、部品点数を軽減できる。このため、炭素
質集電環４１の周囲に刷子装置８を組み付ける組付作業
が簡素化できることにより、車両用交流発電機１の製造
コストを低減できる。
【０１１８】〔変形例〕この実施例では、本発明を車両
用交流発電機（所謂オルタネータ）１に適用したが、本
発明を建物内の電力供給を行う定置式の交流発電機に適
用しても良い。また、本発明を発電電動機に適用しても
良い。そして、シャフト５をエンジン等の駆動源の出力
軸に直接連結しても良い。この場合には、プーリは不要
となる。また、シャフト５とエンジンの出力軸との間に
一段以上の歯車変速機やＶベルト式無段変速機等の動力
伝達手段を連結しても良い。さらに、シャフト５を電動
モータにより回転駆動しても良い。
【０１１９】この実施例では、送風装置７の環状ブレー
ド列および支持板部４４で遠心式ファンを構成したが、
送風装置７の環状ブレード列および支持板部４４で軸流
式ファンを構成しても良い。また、フロントハウジング
１１内、すなわち、ハウジング２内のポールコア３３よ
りも軸方向の前方側に集電装置６、送風装置７および刷
子装置８を設けても良い。
【０１２０】この実施例では、集電環（スリップリン
グ）として炭素質集電環４１を利用したが、集電環とし
て銅合金やステンレス鋼等の金属質集電環を利用しても
良い。また、この実施例では、固定側刷子（ブラシ）と
して板状の金属質刷子５１を利用したが、固定側刷子と
して炭素粉末、天然黒鉛または金属黒鉛等よりなる板状
の炭素質刷子を利用しても良い。さらに、固定側刷子に
ピグテールを一体成形しても良く、固定側刷子の接触圧
を別体のスプリングで確保しても良い。
【０１２１】この実施例では、複数のブレード４３、こ
れらを支持する支持板部４４、および炭素質集電環４１
をインサート成形した集電環固定部４５を樹脂質部材に
より一体成形したが、これらを別体で製作しても良い。
また、複数のブレード４３または支持板部４４を金属質
部材で製作しても良い。さらに、金属質部材で製作した
ブレードと支持板部を集電環と共に樹脂質部材によりイ
ンサート成形しても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の車両用交流発電機の電気接続装置の主
要部構造を示した斜視図である（実施例）。
【図２】本発明の車両用交流発電機の全体構造を示した
断面図である（実施例）。
【図３】図２のＡ−Ａ断面図である（実施例）。
【図４】本発明の車両用交流発電機の主要部構造を示し
た断面図である（実施例）。
【図５】本発明の車両用交流発電機の主要部構造を示し
た平面図である（実施例）。
【図６】図５の拡大図である（実施例）。
【図７】実施例の金属質刷子と従来例の炭素質刷子の摩
耗特性を示したグラフである。
【図８】従来の車両用交流発電機を示した断面図である
（従来例）。
【符号の説明】
１ 車両用交流発電機 ２ ハウジング ３ ステータ ４ ロータ ５ シャフト ６ 集電装置 ７ 送風装置 ８ 刷子装置 ９ 三相整流装置 １０ 電圧調整装置 １７ リヤベアリング（軸受） １８ ボス部（軸受保持部） １９ 通風口 ２０ 通風口 ２１ 排気口 ３１ ステータコア ３２ ステータコイル ３３ ポールコア（ロータコア） ３４ 界磁コイル（ロータコイル） ４１ 炭素質集電環 ４３ ブレード ４４ 支持板部 ４５ 集電環固定部 ４８ 収容室 ４９ 円環状空間 ５１ 金属質刷子（固定側刷子） ５２ 収容室形成部材 ５３ 接続ターミナル（刷子固定部、刷子接続端子） ５４ 接続ターミナル（刷子固定部、刷子接続端子） ５５ 刷子本体 ５６ 刷子被固定部 ５７ 接触子 ５８ 接触子 ５９ 刷子保持部 ６１ 集電環カバー ５７ａ 延長片 ５７ｂ 延長片 ５８ａ 延長片 ５８ｂ 延長片 ５５１ 延長部 ５５２ 延長部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０２Ｋ 19/36 Ｈ０２Ｋ 19/36 Ａ

Claims (20)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】ハウジングと、 ステータコイルおよびステータコアを有し、前記ハウジ
    ングに対して固定されたステータと、 ロータコイル、ロータコアおよびこのロータコアから延
    長されたシャフトを有し、前記ステータに対して相対回
    転するロータと、 前記ハウジングと前記ロータとの間に設けられ、前記ロ
    ータコイルを通る電流経路を形成するための電気接続装
    置とを備えた発電機であって、 前記電気接続装置は、前記シャフト上に設けられ、前記
    ロータコイルに接続されると共に、炭素質部材により作
    られた集電環と、 この集電環と接触すると共に、金属質部材により作られ
    た固定側刷子とを備えたことを特徴とする発電機。
  2. 【請求項２】請求項１に記載の発電機において、 前記金属質部材は、プレス加工のみにより成形された薄
    板弾性材よりなることを特徴とする発電機。
  3. 【請求項３】請求項２に記載の発電機において、 前記薄板弾性材は、燐青銅またはベリリウム銅等の銅合
    金を主体とするバネ材を材料とし、自己の弾性力によっ
    て前記集電環および刷子接続端子と接触していることを
    特徴とする発電機。
  4. 【請求項４】請求項１ないし請求項３のいずれかに記載
    の発電機において、 前記電気接続装置は、前記固定側刷子を保持する刷子固
    定部を備え、 前記固定側刷子は、前記刷子固定部から前記集電環の回
    転方向の前方側と後方側とのうち少なくとも一方に延長
    され、その前方側と後方側とのうち少なくとも一方で前
    記集電環と接触していることを特徴とする発電機。
  5. 【請求項５】請求項１ないし請求項３のいずれかに記載
    の発電機において、 前記電気接続装置は、前記固定側刷子を保持する刷子固
    定部を備え、 前記固定側刷子は、前記刷子固定部から前記集電環の回
    転方向の前方側と後方側との両方に延長され、その前方
    側と後方側との両方で前記集電環と接触していることを
    特徴とする発電機。
  6. 【請求項６】請求項４または請求項５に記載の発電機に
    おいて、 前記固定側刷子に設けられた前記集電環との接触部の軸
    方向の側部には、面取り形状を成す延長片が形成され、 前記延長片は、前記集電環の軸方向の前方側と後方側と
    のいずれか一方に延長されていることを特徴とする発電
    機。
  7. 【請求項７】請求項４ないし請求項６のいずれかに記載
    の発電機において、 前記刷子固定部は、前記固定側刷子に電気的に接続され
    る刷子接続端子であって、 前記刷子接続端子は、前記固定側刷子を機械的に固定す
    ると共に、前記固定側刷子を形成する金属質部材と異な
    る金属質部材で作られていることを特徴とする発電機。
  8. 【請求項８】請求項１ないし請求項７に記載の発電機に
    おいて、 前記電気接続装置は、前記固定側刷子と前記集電環とを
    収容し、且つ前記集電環の外周を取り囲む円筒状の収容
    室を形成する収容室形成部材を備えたことを特徴とする
    発電機。
  9. 【請求項９】請求項１ないし請求項８のいずれかに記載
    の発電機において、 前記炭素質部材は、導電性に優れる発泡骨格金属を金属
    母体とした炭素粉末より形成されることを特徴とする発
    電機。
  10. 【請求項１０】請求項４ないし請求項６のいずれかに記
    載の発電機において、 前記刷子固定部は、前記シャフトの軸方向に沿ってのみ
    前記固定側刷子と結合する形状に形成されていることを
    特徴とする発電機。
  11. 【請求項１１】請求項１０に記載の発電機において、 前記電気接続装置は、前記固定側刷子と前記集電環とを
    収容し、且つ前記集電環の外周を取り囲む円筒状の収容
    室を形成する収容室形成部材を備え、 前記収容室の軸方向の端に位置する前記収容室形成部材
    に、前記刷子固定部が設けられていることを特徴とする
    発電機。
  12. 【請求項１２】請求項１１に記載の発電機において、 前記刷子固定部は、前記シャフトの軸方向に沿って延び
    る刷子接続端子であって、 前記固定側刷子は、前記刷子接続端子に電気的および機
    械的に接続される刷子被固定部を有することを特徴とす
    る発電機。
  13. 【請求項１３】請求項４または請求項５に記載の発電機
    において、 前記電気接続装置は、前記固定側刷子と前記集電環とを
    収容し、且つ前記集電環の外周を取り囲む円筒状の収容
    室を形成する収容室形成部材を備え、 前記固定側刷子は、２個の固定側刷子により構成され、 前記２個の固定側刷子は、前記収容室内に、前記シャフ
    トの軸方向に所定距離だけ離れて保持されると共に、前
    記シャフトの周方向にも所定距離だけ離れて保持されて
    いることを特徴とする発電機。
  14. 【請求項１４】請求項４または請求項５に記載の発電機
    において、 前記固定側刷子は、前記集電環の外周に沿って延びる円
    弧形状に形成されていることを特徴とする発電機。
  15. 【請求項１５】請求項４または請求項５に記載の発電機
    において、 複数のブレードを前記ロータコアの前記集電環側端面上
    に環状に配列して形成された送風装置を備え、 前記電気接続装置は、前記固定側刷子と前記集電環とを
    収容し、且つ前記集電環の外周を取り囲む円筒状の収容
    室を形成する収容室形成部材を備え、 前記収容室形成部材の外周と前記送風装置の環状ブレー
    ド列の内周との間に円環状空間を形成しており、この円
    環状空間は前記送風装置の環状ブレード列の全周に向け
    て略均等に吸い込み側空間を形成していることを特徴と
    する発電機。
  16. 【請求項１６】ハウジングと、 ステータコイルおよびステータコアを有し、前記ハウジ
    ングに対して固定されたステータと、 ロータコイル、ロータコアおよびこのロータコアから延
    長されたシャフトを有し、前記ステータに対して相対回
    転するロータと、 前記シャフト上に設けられ、前記ロータコイルに接続さ
    れた２個の集電環と、これらの集電環とそれぞれが接触
    する２個の固定側刷子と、 前記２個の集電環と前記２個の固定側刷子とを収容する
    収容室を形成する収容室形成部材とを備えた発電機であ
    って、 前記固定側刷子は、板材で作られており、 前記収容室形成部材に含まれる刷子保持部に固定される
    被固定部と、 この被固定部から前記集電環の外周に沿って円弧状に延
    びる延長部と、 この延長部の先端に設けられ、前記集電環と接触する接
    触子とを備え、 前記延長部のバネ力によって前記接触子を前記集電環に
    押し付けていることを特徴とする発電機。
  17. 【請求項１７】請求項１６に記載の発電機において、 前記刷子保持部は、前記ロータコア側が開口した略円筒
    状の形状を有し、前記刷子保持部内には、前記２個の固
    定側刷子とそれぞれが電気的および機械的に接続される
    ２個の刷子接続端子が設けられており、 前記２個の刷子接続端子は、前記刷子保持部内で、前記
    シャフトの軸方向に所定距離だけ離れて配置されると共
    に、前記シャフトの周方向にも所定距離だけ離れて配置
    されていることを特徴とする発電機。
  18. 【請求項１８】請求項１６または請求項１７に記載の発
    電機において、 前記刷子保持部は、前記ロータコア側が開口した略円筒
    状の形状を有し、前記ブラシ保持部内には、前記２個の
    固定側刷子が保持されており、 前記２個の固定側刷子は、前記収容室内に、前記シャフ
    トの軸方向に所定距離だけ離れて保持されると共に、前
    記シャフトの周方向にも所定距離だけ離れて保持されて
    いることを特徴とする発電機。
  19. 【請求項１９】請求項１６ないし請求項１８に記載の発
    電機において、 前記固定側刷子の延長部の先端に設けられた前記接触子
    の開口側には、面取り形状を成す延長片が形成され、 前記延長片は、前記集電環の軸方向の前方側と後方側と
    のいずれか一方に延長されていることを特徴とする発電
    機。
  20. 【請求項２０】請求項１６に記載の発電機において、 複数のブレードを前記ロータコアの前記集電環側端面上
    に環状に配列して形成された送風装置を備え、 前記収容室形成部材の外周と前記送風装置の環状ブレー
    ド列の内周との間に円環状空間を形成しており、この円
    環状空間は前記送風装置の環状ブレード列の全周に向け
    て略均等に吸い込み側空間を形成していることを特徴と
    する発電機。
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