TWI408870B - 車輛用交流發電機之轉子 - Google Patents

Description

車輛用交流發電機之轉子

本發明係有關搭載於車輛的交流發電機的轉子，尤其有關磁場線圈(field coil)的出線部的構造。

此種的車輛用交流發電機係安裝於車輛引擎而使用，但由於水、鹽水、泥水等容易從吸氣孔與排氣孔侵入，而且處在高溫之周圍溫度裡，而在上述等極為嚴苛的條件下使用，因此為了防止絕緣部的劣化或發電不良等情形的發生，而將露出有構成零件的金屬表面以絕緣材塗佈(例如，專利文獻1)。

專利文獻1：日本特開2007-312541號公報(段落「0023」至「0025」、第4圖及第5圖)

習知技術係為將極鐵心(pole core)、冷卻風扇、連接端子、磁場線圈的引線等皆以絕緣材塗佈者，因此過於浪費，而且難以連磁場線圈的引線與滑環(slip ring)的連接端子之連接部的細微部分也塗佈絕緣材，絕緣因而不充分，甚而有磁場線圈的引線因電蝕而導致斷線之問題。

本發明乃為了解決上述問題點而研創者，其目的在於提供一種構成簡單且能夠防止因電蝕與高溫等所導致的磁場線圈的引線的斷線之車輛用交流發電機的轉子。

本發明的車輛用交流發電機之轉子，係具備：轂部(boss)；軛鐵部，自該轂部的軸方向兩端緣部分別朝直徑方向外側延伸設置；磁極部，形成該軛鐵部的外周部；磁場線圈，收納於由上述轂部、上述軛鐵部、及上述磁極部所圍起的線圈收納空間；軸，插通於上述轂部的軸心位置，以能夠使上述轉子旋轉的方式支撐；環狀體，固定於朝上述磁極部的一端側延伸出的上述軸的部位，且具有朝直徑方向突出於上述磁極部側的凸部；一對滑環，固定於上述環狀體的外周部；一對連接端子，分別為一端連接於上述一對滑環，另一端則以自上述凸部往直徑方向延伸出的方式配設於上述環狀體，且分別連接有上述磁場線圈的繞線起始部與繞線結束部的各引線；以及一對鉤，在上述連接端子的各者的附近形成於上述環狀體，且以預定的張力卡合上述磁場線圈的各引線；上述引線係自上述磁場線圈沿著上述軛鐵部的一側面導出，經由上述鉤而捲繞並連接於上述連接端子，並且，僅在自上述磁場線圈至上述連接端子的上述引線施加管狀的絕緣構件。

依據本發明，構成簡單且能夠防止因電蝕與高溫等所導致的磁場線圈之引線的斷線。

實施形態1

根據第1圖至第3圖說明本發明實施形態1。其中，在各圖中相同或者相當的部分係標註相同的符號。

在第1圖至第3圖中，該車輛用交流發電機係具備有：殼體3，由鋁製的前托部1及後托部2所構成；軸6，設置於該殼體3內，且於一端部1固定有皮帶輪4；蘭多爾( )型的轉子7，固定於該軸6；風扇5，固定於轉子7的兩側面；定子8，固定於殼體3內的內壁面；滑環主體9，固定於軸6，供給電流給轉子7；一對電刷10；電刷保持具11，收納該電刷10；整流器12，電性連接於定子8，將定子8產生的交流轉換成直流；散熱器18，嵌著於電刷保持具11；以及電壓調整器(regulator)19，接著於該散熱器18，調整定子8產生的交流電壓。

轉子7係具備有：磁場線圈13，於繞線管(bobbin)14捲繞導線而構成，流通電流而產生磁通；以及屬於磁極部的極鐵心15，設置成包覆該磁場線圈13，因該磁通而形成磁極。上述極鐵心15主要藉由鍛造製法以低碳鋼製成，且由以下部分構成：轂部(boss)20；軛鐵部21，自該轂部20的軸方向兩端緣部分別朝直徑方周外側延伸設置；及複數個爪狀磁極部22，以彼此咬合的方式自該軛鐵部21的外周部朝軸方向延伸設置。

定子8係具備有：定子鐵心16；以及定子線圈17，捲繞於該定子鐵心16，隨著轉子7的旋轉而因來自轉子線圈13的磁通變化產生交流電流。

滑環主體9係具備有：可滑動的一對滑環40，有電刷10的前端壓接於其上；屬於一對連接端子的連接端子41，與該些滑環40電性連接；以及絕緣樹脂製的環狀體42， 藉由內嵌式(insert)成形而去除一部分以埋設連接端子41，並且壓入有軸6。環狀體42係固定於朝極鐵心15的一端側延伸出的軸6的部位，且具有朝直徑方向突出於上述極鐵心15側的凸部42a。

整流器12係具備有：正極側散熱器24，為圓弧帶狀且於背面具有複數片散熱片24a；4個正極側二極體(diode)23，銲接固定於該正極側散熱器24的表面；負極側散熱器26，為圓弧帶狀且於背面具有複數片散熱片26a；複數個負極側二極體25，銲接固定於該負極側散熱器26的表面；以及電路板(circuit board)27，將各個二極體23、25與定子線圈17予以電性連接；該整流器12係將定子8產生的三相交流整流成直流。正極側散熱器24及負極側散熱器26係以熱傳導率高的鋁所構成，且外徑側的負極側散熱器26係直接附著於殼體3而接地。正極側二極體23及負極側二極體25係構成為整體形狀以樹脂模成形為矩形狀。

在轉子7的繞線管14，於其單側的凸緣30隔著等分間隔設置有圓弧狀的止旋部31。該止旋部31係卡合於爪狀磁極部22間的切成圓弧狀的根部33，而防止轉子7與極鐵心15的圓周方向的相對變位。在一對相對向的止旋部31，一體設置有剖面為E字形的捲繞部34。於該捲繞部34係雙重捲繞有從轉子線圈13導出的引線35的基端部35b。該引線35係設置於轉子線圈13的繞線起始部及繞線結束部，且沿著自各根部33朝著滑環主體9延伸之軛體部21的溝部36延伸。各引線35係分別卡止於形成在環狀體42 的一對鉤37，接著，引線35的前端部35a則雙重捲繞於連接端子41的前端部。各引線35的中間部係由以接著材44而接著於溝部36之屬於管(tube)狀絕緣構件的橡膠管38所披覆。該橡膠管38係以橫跨引線35全長的方式設置，引線35則抵接於根部33的轉角部43，而係為以防止引線35的漆包(enamel)披覆因磨耗而破損為目的、以引線35的絕緣強化為目的者。雙重捲繞於連接端子41的前端部35a係藉由銲接、熔接、熱鉚接(thermal crimping)等而與連接端子41連接。

在上述構成的車輛用交流發電機中，從電池(未圖示)通過電刷10、滑環40供給電流至轉子線圈13而產生磁通，另一方面，皮帶輪4由引擎所驅動，轉子7經由軸6而旋轉，因此於定子17被賦予有旋轉磁場，而於定子17產生電動勢。該交流電動勢係通過整流器12的二極體23、25而整流成直流，並且藉由電壓調整器19調整其大小而充電至電池。

而引擎的曲柄皮帶輪(未圖示)與皮帶輪4的皮帶輪比一般為1比2.2至2.7，因此，雖然亦依引擎的旋轉速而定，但車輛用交流發電機的轉子7係承受15000rpm以上的高速旋轉與引擎的急加減速所產生的旋轉負荷。此外，在高速旋轉發電時，極鐵心15會由於因發電而在定子8與轉子7的間隙A產生的磁吸引力而劇烈振動。

此外，轉子線圈13、定子線圈17、正極側二極體23、負極側二極體25、電壓調整器19係在交流機發電中恆常 發熱。並且，在例如定額輸出電流100A級的交流發電機中，在轉子線圈13有約60W的發熱量、在定子線圈17有約500W的發熱量、在正極側二極體23及負極側二極體25合計有約120W的發熱量、在電壓調整器19有約6W的發熱量。該些發熱體的過度發熱會使得交流發電機的性能劣化或者使零件的壽命降低。因此，風扇5係伴隨轉子7的旋轉而旋轉，藉由該旋轉使外部空氣從殼體3的開口部C流入殼體3內，該外部空氣係如第1圖的箭頭D所示流動。亦即，外部空氣係在冷卻負極側散熱器26、負極側二極體25、正極側散熱器24、正極側二極體23後，藉由風扇5流往半徑外側方向而冷卻後側的定子線圈17的端部17a，並將外部空氣從開口部E放出。

此外，藉由風扇5的旋轉使外部空氣從開口部F流入至殼體3內，該外部空氣係如第1圖的箭頭G所示流動。亦即，外部空氣係在冷卻電壓調整器19的功率電晶體後，藉由風扇5流往半徑外側方向而冷卻後側的定子線圈17的端部17a，並且從開口部H放出至外部。同樣地，從前托部1的開口部I流入的外部空氣係藉由風扇5流往半徑外側方向而冷卻前側的定子線圈17的端部17b。之後，將該外部空氣從開口部J放出至殼體3的外部。

在實際的車輛運轉時，由於車輛的引擎室的環境溫度為100℃的高溫，因此轉子線圈13、定子線圈17、二極體23、25的瞬間溫度會上升至約25℃，電壓調整器19的散熱器18的瞬間溫度會上升至約150℃。並且，由於與二極 體23、25等發熱體進行熱交換的空氣的熱以及來自定子線圈17的幅射熱，滑環主體9及引線35會處於150℃以上的高溫。

在本實施形態1中，由於是以橫跨從磁場線圈13的繞線管14的捲繞部34導出至屬於滑環40的連接端子的連接端子41之引線35的大致全長之方式披覆屬於絕緣管的橡膠管38，因此沒有引線35的露出部分，即使水、鹽水、泥水等潑到引線35的連接部，由於以橡膠管38阻止該些水的侵入，因此能夠防止習知般引線因電蝕與高溫而侵蝕劣化而導致斷線的不良情形。

此外，由於以橫跨磁場線圈13的引線35的大致全長之方式藉由橡膠管38進行保護，因此能夠阻止引線35直接抵接於極鐵心15與環狀體42而產生磨耗，亦能夠防止引線35的漆包披膜的破損。

此外，由於只要僅在磁場線圈13的引線35的導出部分以橡膠管披覆即可，因此構成簡單且能夠確實地防止引線35的斷線及提升引線35的絕緣性。

此外，由於引線35及橡膠管38係卡合於鉤37而以預定張力連接於滑環40的連接端子41，因此橡膠管38能夠藉由鉤37而確實地固定，而能夠防止橡膠管38偏移、脫落等不良情形。

另外，在上述的實施形態1中，於連接端子41與引線35的前端部35a之銲接、熔接、熱鉚接等時，係必須設法防止橡膠管38因加熱而劣化。因此，只要在進行銲接、熔 接、熱鉚接之前，在橡膠管38的前端形成切溝，沿著該切溝將前端往銲接部、熔接部、熱鉚接部的相反方向翻起，在該狀態下進行銲接、熔接、熱鉚接，待完成銲接、熔接、熱鉚接後，將橡膠管38回復至原來的狀態以橡膠管38披覆引線35的連接部，如此便能夠防止因熱所造成的影響。

實施形態2

接著，根據第4圖說明本發明實施形態2。其中，與實施形態1相同或者相當的部分係標註相同的符號並省略說明。在本實施形態2中，橡膠管38係披覆極鐵心15的溝部36附近，亦即，僅在引線35接觸於軛鐵部21的一側面之部位以橡膠管38披覆，其他部分則以漆包披膜披覆。

磁場線圈13的引線35與滑環40的連接端子41的連接部係在於引線35施作漆包披膜之狀態下雙重捲繞於連接端子41的前端部。之後，藉由銲接而對捲繞於連接端子41的引線35連同漆包披膜進行加熱，使漆包披膜碳化將之剝離，同時將引線35與連接端子41予以熔接而固定。

引線最容易劣化的部分是曝露於高熱下的部位，亦即接觸於軛鐵部21之處。而在實施形態2中係設計為引線35係僅在自磁場線圈13至連接端子41為止的所有的導出部分中接觸於軛鐵部21的一側面之部位以屬於絕緣構件的橡膠管38包覆。因此，能夠使橡膠管38的長度縮短，並且能夠容易地將橡膠管裝設於引線35，作業因此變得簡單。

另外，雖然在上述的實施形態1、2中係以例示橡膠管 來作為絕緣管，但除此之外，只要是以玻璃環氧等耐熱性高者或者以耐熱高的纖維形成的話，便能夠使之即使承受連接端子41與引線35的前端部35a的銲接或熔接所產生的熱也不會發生劣化。

此外，雖然在上述兩實施形態中係例示應用於僅車輛用交流發電機的轉子者，但亦可應用於能夠兼作交流發電機與起動電動機兩用的轉子。

1‧‧‧前托部

2‧‧‧後托部

3‧‧‧殼體

4‧‧‧皮帶輪

5‧‧‧風扇

6‧‧‧軸

7‧‧‧轉子

8‧‧‧定子

9‧‧‧滑環主體

10‧‧‧電刷

11‧‧‧電刷保持具

12‧‧‧整流器

13‧‧‧磁場線圈(轉子線圈)

14‧‧‧繞線管

15‧‧‧極鐵心

16‧‧‧定子鐵心

17‧‧‧定子線圈

17a、17b‧‧‧端部

18‧‧‧散熱器

19‧‧‧電壓調整器

20‧‧‧轂部

21‧‧‧軛鐵部

22‧‧‧爪狀磁極部

23‧‧‧正極側二極體

24‧‧‧正極側散熱器

24a、26a‧‧‧散熱片

25‧‧‧負極側二極體

26‧‧‧負極側散熱器

27‧‧‧電路板

30‧‧‧凸緣

31‧‧‧止旋部

33‧‧‧根部

34‧‧‧捲繞部

35‧‧‧引線

35a‧‧‧引線前端部

35b‧‧‧引線基端部

36‧‧‧溝部

37‧‧‧鉤

38‧‧‧橡膠管(絕緣構件)

40‧‧‧滑環

41‧‧‧連接端子

42‧‧‧環狀體

42a‧‧‧凸部

43‧‧‧轉角部

44‧‧‧接著材

C、E、F、H、I、J‧‧‧開口部

D、G‧‧‧箭頭

第1圖係採用本發明實施形態1的轉子的車輛用交流發電機的剖面圖。

第2圖係顯示本發明實施形態1的車輛用交流發電機的轉子的斜視圖。

第3圖係顯示本發明實施形態1的車輛用交流發電機的轉子的局部剖面圖。

第4圖係顯示本發明實施形態2的車輛用交流發電機的轉子的斜視圖

9‧‧‧滑環主體

22‧‧‧爪狀磁極部

31‧‧‧止旋部

33‧‧‧根部

34‧‧‧捲繞部

35‧‧‧引線

35a‧‧‧引線前端部

36‧‧‧溝部

37‧‧‧鉤

38‧‧‧橡膠管(絕緣構件)

40‧‧‧滑環

41‧‧‧連接端子

42‧‧‧環狀體

44‧‧‧接著材

Claims (2)

1. 一種車輛用交流發電機之轉子，係具備：轂部；軛鐵部，自該轂部的軸方向兩端緣部分別朝直徑方向外側延伸設置；磁極部，形成該軛鐵部的外周部；磁場線圈，收納於由上述轂部、上述軛鐵部、及上述磁極部所圍起的線圈收納空間；軸，插通於上述轂部的軸心位置，以能夠使上述轉子旋轉的方式支撐；環狀體，固定於朝上述磁極部的一端側延伸出的上述軸的部位，且具有於具備上述磁極部的極鐵心側朝直徑方向突出的凸部；一對滑環，固定於上述環狀體的外周部；一對連接端子，分別為一端連接於上述一對滑環，另一端則以自上述凸部往直徑方向延伸出的方式配設於上述環狀體，且分別連接有上述磁場線圈的繞線起始部與繞線結束部的各引線；以及一對鉤，在上述連接端子的各者的附近形成於上述環狀體，且以預定的張力卡合上述磁場線圈的各引線；上述引線係為以藉由加熱而碳化之漆包披膜披覆者，且自上述磁場線圈沿著上述軛鐵部的一側面導出，經由上述鉤而捲繞並連接於上述連接端子，並且，僅在接觸於上述軛鐵部的一側面之部位以管狀的絕緣構件披覆。
2. 如申請專利範圍第1項之車輛用交流發電機之轉子，其中，前述絕緣構件係橡膠管。