WO2013014783A1

WO2013014783A1 - 回転電機

Info

Publication number: WO2013014783A1
Application number: PCT/JP2011/067253
Authority: WO
Inventors: 達也深瀬; 磯田　仁志; 前田　直秀; 藤田　暢彦; 中島　泰
Original assignee: 三菱電機株式会社
Priority date: 2011-07-28
Filing date: 2011-07-28
Publication date: 2013-01-31
Also published as: EP2738921B1; US20140035431A1; CN103609007A; EP2738921A4; EP2738921A1; US9653969B2

Abstract

【課題】車両用の交流発電機もしくはモータジェネレータに設置されているブラシの温度上昇による機能不具合とブラシ寿命低下を防止した回転電機を得る。【解決手段】回転子１に界磁電流を供給するブラシ８を保持するブラシホルダ８０は、通電用のターミナル８２とは別に、ブラシ８とスリップリング４の当接部近傍にブラシ８とおよそ平行に配置され、少なくとも1箇所以上の点、線もしくは面でブラシ８と接するブラシ温度抑制用金属部材８１を備え、ブラシ温度抑制用金属部材８１はブラシ８で発生した熱を拡散するとともに、回生発電もしくは始動動作時などの短時間に大きな発熱をともなう場合のヒートマスとして作用し、ブラシ８の過度の温度上昇を防止する。

Description

回転電機

　この発明は、回転電機、特に温度上昇を防止したブラシホルダを有する回転電機の構造に関するものである。

　従来、例えば車輌用の界磁巻線式の回転電機において、界磁電流はブラシからスリップリングを介して回転子の界磁巻線へと供給される。この際、ブラシは、ブラシ後方に取り付けられたスプリングで押し付けられた状態でスリップリングに対して摺動する。ブラシとスリップリングは、摺動部の電気的損失、摺動摩擦およびそれぞれの通電経路の電気的損失に起因した発熱を生じる。スリップリングとブラシは、プラス側とマイナス側で一組ずつ設置されている。これらのブラシとスリップリングは、一般にプラス側とマイナス側間の電気絶縁性を確保するため絶縁性樹脂等からなるブラシホルダで覆われ、保持されている。

　また、ブラシが収納されているブラシホルダとスリップリングのモールド樹脂との間には、外部からの異物や水分の進入を防止するとともに、ブラシ磨耗粉の排出機能をもつ迷路構造が設けられている。この迷路構造には、わずかな隙間が設けられているが、回転子に設置された冷却ファンにより生じた冷却風はスリップリングとブラシの当接部に供給される割合は少ない。これらの要因により、スリップリングおよびブラシは、当接部を中心として高温になる。ブラシが高温状態になると摩耗速度が大きくなるため、ブラシ寿命の低下が問題となる。

　また、走行時の発電以外に回生発電や始動の動作を併せ持つモータジェネレータのような回転電機においては、ブラシに１秒未満から数十秒程度の間、１０アンペア（Ａ）を超える電流を通電する場合がある。その場合、ブラシには大きな発熱が生じ、急激に温度が上昇する。その結果、ブラシを保持するブラシホルダが溶融温度を超えて、故障の原因となる場合もある。

　これに対処するため、ブラシホルダ外部に放熱フィンを取り付けることで、ブラシで発生した熱を外部に熱伝達により放出する構造がとられている（例えば、特許文献１）。あるいは、ブラシが金属性のブラシホルダに保持されており、ブラシホルダを保持するブラシホルダベースに一体成形されたブラシに界磁電流を供給するプレートとブラケットを、シール材を介して接続し、ブラシで発生した熱をブラケットに放出する構造が提案されている（例えば、特許文献２）。もしくは、ブラシホルダにブラシ冷却およびブラシ摩耗粉排出用の通風口を設けることで、ブラシの温度を低減し、ブラシ寿命を向上させる構造が提案されている（例えば、特許文献３）。

特開２００３－０４７２０７号公報特開２００８－２３６９７９号公報特開２００９－１７７９９３号公報

　しかしながら、前記特許文献１に示されたものでは、ブラシホルダの外側面に設置できる放熱フィンの枚数および大きさは、ブラシホルダの表面積により制限され小さくなる。また、この構造を、回転子の回転により発生させた冷却風により内部を冷却する構造をとる車両発電用回転電機に適用した場合、低い回転数で、ブラシホルダ外部に設置した放熱フィンへ十分な冷却風を供給することが困難である。さらに、車両発電用回転電機の中でもモータジェネレータでは、一般的な車両用発電機よりも大きい界磁電流を通電するため高い放熱能力が要求される。以上の理由から、必要十分なブラシ冷却能力を得られないという問題がある。

　また、前記特許文献２に示されたものでは、そこに記載されている電動パワーステアリングのような、ブラシホルダなどが設置されるブラケット内部が密閉されており、外部の異物などによる電気的誤動作の問題がない場合においては有効だが、車両発電用回転電機もしくはモータジェネレータでは、ブラシホルダ周りは外部から容易に異物が進入する構造であり、ブラシと同電位の金属部材をブラシホルダ構成樹脂の外部に露出することができないという問題がある。

　さらに、前記特許文献３に示されたものでは、ブラシホルダにブラシ冷却用の通風口を設けるため、ブラシホルダサイズが大きくなることや、設置できる通風口のサイズが、ブラシホルダの大きさによって概ね決定されるため、通風口の断面積を大きく取ることが困難であり、ブラシの冷却性能が限定的となるという問題がある。

　また、走行時の発電以外に回生発電や始動の動作を併せ持つモータジェネレータのような車載用交流回転電機では、ブラシを保持するブラシホルダを電気的絶縁部材で構成する必要があり、前記特許文献１から３に示されたものは、短時間の大発熱に対する温度低減効果は得られない。

　この発明は、前記のような従来の問題点を解消するためになされたものであり、ブラシおよびスリップリング当接部近傍で発生する熱を効率よくブラシホルダ外部に放出するとともに、ブラシ近傍で短い時間に大きな発熱が生じた場合のヒートマスを増大させ、ブラシの過度の温度上昇を防止することで、ブラシ寿命が長く、ブラシ温度上昇に起因した動作不具合を防止できる回転電機を提供する。

　この発明は、フロントブラケットおよびリアブラケットを有するハウジングに回転自在に支持されている回転軸と、前記ハウジングに固定され、電機子巻線を有する固定子と、前記回転軸に固定され、界磁鉄心および界磁巻線を有する回転子と、前記回転軸に固定され、前記界磁巻線に界磁電流を供給するスリップリングと、前記スリップリングを介して前記界磁巻線に界磁電流を供給する陽極ブラシおよび陰極ブラシと、前記両ブラシを互いに絶縁して格納部に保持する絶縁物製のブラシホルダとを備え、前記ブラシホルダには、前記ブラシの格納部内に、前記ブラシと接触するブラシ温度抑制用金属部材を設けたものである。

　この発明によれば、短時間に大量の発熱をブラシとスリップリングの当接部で発生する場合に、ブラシホルダにブラシと接するように配置されたブラシ温度抑制用金属部材が設けられていることで、ブラシ周りの熱容量を増大させ、ブラシの温度上昇を緩和することが可能となる。また、ブラシで生じた熱を温度抑制用金属部材で拡散することで同じ熱伝導率のブラシホルダなどを用いた場合でも放熱性が向上する。これにより、ブラシの過度の温度上昇による、ブラシホルダの溶融などによる機能不具合やブラシの摩耗割合の増加による寿命低下を防止し、信頼性の高い回転電機を提供することができる。

この発明の実施の形態１に係る回転電機の断面図である。実施の形態１に係る回転電機の回路図である。実施の形態１に係る回転電機のブラシホルダを示すもので、（ａ）は外観斜視図、（ｂ）はブラシホルダ内のブラシとブラシ温度抑制用金属部材の配置を示す斜視図、（ｃ）はブラシホルダの断面図である。この発明の実施の形態２に係る回転電機のブラシホルダを示すもので、（ａ）は外観斜視図、（ｂ）はブラシホルダ内のブラシとブラシ温度抑制用金属部材の配置を示す斜視図、（ｃ）はブラシホルダの断面図である。実施の形態３に係る回転電機のブラシホルダ内のブラシとブラシ温度抑制用金属部材の配置を示す外観斜視図である。実施の形態４に係る回転電機のブラシホルダ内のブラシとブラシ温度抑制用金属部材の配置を示す外観斜視図である。実施の形態５に係る回転電機のブラシホルダを示す断面図である。実施の形態６に係る回転電機のブラシホルダを示す断面図である。

実施の形態１．
　以下、この発明の実施の形態１を図に基づいて説明する。図１は、実施の形態１の回転電機の断面図、図２はその回路図である。本実施の形態１で説明する回転電機は、車両用の交流発電電動機（モータジェネレータ）を示しているが、この発明は車両用の交流発電機にも適用可能である。

　図１、図２において、回転電機１００は、ハウジングとしてのフロントブラケット６およびリアブラケット７と、前記フロントブラケット６のベアリング１９ａおよびリアブラケット７のベアリング１９ｂを介して回転自在に支持されている回転軸１と、前記フロントブラケット６およびリアブラケット７に固定されると共に電機子巻線を有する固定子５と、回転軸１に固定されると共に界磁鉄心２および界磁巻線３を有する回転子１０と、回転軸１のフロント側の端部に固着されたプーリ２０を備えている。そして、この回転電機１００は、プーリ２０に掛けられたベルト（図示せず）を介してエンジンの回転軸（図示せず）に連結されている。また、回転電機１００の駆動の際の発熱により、回転子１０や固定子５の温度が上昇するため、回転子１０の軸方向両端面には冷却用ファン１２、１３が設けられている。回転軸１の端部には回転センサ１６が設けられている。

　また、回転電機１００は、回転軸１のリヤ側に装着された一対のスリップリング４と、回転軸１のリヤ側外周に位置するようにリアブラケット７に取り付けられたブラシホルダ８０と、前記一対のスリップリング４に摺接するようにブラシホルダ８０内に配置され、スプリング１５で付勢される正極および負極一対のブラシ８を備えている。スリップリング４からの電流は、口出し線巻き付け部１１に巻き付けられた口出し線１８により界磁巻線３に供給される。

　さらに、回転電機１００は、直流電力を交流電力または交流電力を直流電力に変換するパワー回路部３０と、回転子１０の界磁巻線３に界磁電流を供給する界磁回路部３１と、パワー回路部３０および界磁回路部３１を制御する制御回路部３２を備え、外部接続用コネクタ３５および電源端子（図示せず）を介して外部に接続される。

　パワー回路部３０は、複数のパワー素子３０ａ、３０ｂと、当該パワー素子３０ａ、３０ｂに電気的に接続される電極部材を兼ねたヒートシンク３０ｇを備えている。各パワー素子３０ａ、３０ｂ間の接続は、樹脂にインサート成形された導電性部材（図示せず）と、ヒートシンク３０ｇとによって行われ、中継配線部材（図示せず）により制御回路部３２に電気的に接続される。

　図１に示す制御回路部３２は、制御回路基板３２ａと、制御回路基板３２ａを収納するための樹脂製のケース３３を備えている。ケース３３は、防水カバー３３ａ等により制御回路基板３２ａへの塩泥水の浸入を防ぐような防水構造を有している。界磁回路部３１は、制御回路基板３２ａと同一基板上に実装することも可能であり、また、制御回路基板３２ａと分離して構成してもよい。図２の回路図に示すように、パワー回路部３０、界磁回路部３１、制御回路部３２でパワーアセンブリ（ＡＳＳＹ）３００が構成されている。外部接続用コネクタ３５は、制御回路部３２の近傍に配設され、制御回路部３２と電気的に接続されている。

　次に、本実施の形態のブラシホルダ８０について詳細を説明する。図３はブラシホルダ８０を示すもので、（ａ）は外観斜視図、（ｂ）は内部を示す斜視図、（ｃ）は断面図である。ブラシホルダ８０は内部にブラシを収容する角筒部８０ａと、スリップリング４を取り囲むように配置される円環部８０ｂとが一体にブラシホルダ構成樹脂８３で形成されている。角筒部８０ａの内部は２室のブラシ格納部に分けられていて、一方に正極ブラシ、他方に負極ブラシが収容される（正極、負極を区別する必要がないときは、単にブラシ８と呼ぶ）。角筒部８０ａの両側には、正極側ブラシと負極側ブラシにそれぞれ接続されている通電用ターミナル８２が突設されている。円環部８０ｂには二つの開口が設けられ、その開口からブラシ８の先端がスリップリング４に接触するよう押し出されるようになっている。

　図３（ｃ）に示すように、角筒部８０ａのブラシ格納部にはブラシ８が移動可能に収容されている。ブラシ８が収容されている各室の両側にはブラシ８の移動を許すような状態でブラシ８と接触するブラシ温度抑制用金属部材８１が角筒部８０ａのブラシホルダ構成樹脂８３にインサートされている。ブラシホルダ構成樹脂８３を取り除いたブラシホルダ８０の内部構造は図３（ｂ）に示すようになっている。なお、本例では、ブラシ温度抑制用金属部材８１はブラシ８を挟むように両側に、正負各ブラシに対して２個設けられている。

　図１に示す界磁巻線式の回転電機１００において、界磁回路部３１からの界磁電流は、リアブラケット７に固定されたブラシホルダ８０に保持されているブラシ８と、回転軸１に取り付けられたスリップリング４を介して供給される。固定されているブラシ８と回転しているスリップリング４が接触するために、両者の摩擦により、ブラシ８とスリップリング４との摺動部では発熱が生じる。また、この摺動部では、ブラシ８とスリップリング４は接触状態で保持されるため、接触部の電気抵抗に起因した発熱も生じる。さらに、通電に伴う各部材中のジュール発熱も同時に生じる。また、ブラシホルダ８０とスリップリング４の間は、外部からの異物や水の進入を防止するためスリップリングモールド部１４によって形成される迷路構造１４ａの隙間があるのみで冷却風の流入も制限されるため、放熱効果は限られている。

　以上の理由から、ブラシ温度が上昇し、ブラシ寿命が低下する問題がある。また、モータジェネレータのような回生発電やエンジン始動の動作を行う回転電機では、短時間に発電動作よりも大きな電流が流れる。このような場合、ブラシ自身の熱容量が小さいことや、ブラシの周りに熱容量が大きくブラシの発熱を瞬時に吸収する部材が無いことなどにより、ブラシが短時間で大きく温度上昇する。このような現象により、苛酷な周囲雰囲気で動作している場合にブラシホルダ構成樹脂の軟化や溶融が発生し、機能不具合を生じることが懸念される。

　車両用の交流発電機用もしくはモータジェネレータでは、ファンが設置された回転子の回転により生じる冷却風により内部を冷却する構造をとっている。このため、ブラケット６および７には多数の通風口が設けられており、外部からの異物が容易にブラシホルダ８０近傍に混入できる。スリップリング４とブラシ８の当接部は、異物による部材間の短絡を起こさないために、ブラシ摩耗粉排出用の、異物が侵入し難いブラシホルダ８０とスリップリングモールド部１４とで構成した迷路構造１４ａのわずかな隙間を除いて、密閉されている。このため、ブラシ８自身もしくは、ブラシ８とスリップリング４の当接部の付近には有効な放熱経路が無く、ブラシ８が高温になるという問題があった。また、短時間に大きい発熱を伴う回生発電やエンジン始動動作などでも同様の理由によりブラシ８の温度が過度に上昇するという問題があった。

　そこで本発明では、上述のように、ブラシホルダ８０に、通電用ターミナル８２とは別のブラシ温度抑制用金属部材８１を設置し、ブラシ回りの熱容量を大きくすることで短時間に大きな発熱をともなう動作でのブラシの温度上昇を抑制する。また、連続発電時もブラシ８と接するようにブラシ温度抑制用金属部材８１が配置されているため、発熱部付近で熱が拡散され熱が効率よく外部に放出される。

　ブラシホルダ８０に格納されたブラシ８は、回転電機の動作である連続発電モード、始動モード、回生モードで（電流量、通電時間、回転電機回転数などの違いにより）発熱の形態が異なる。

　連続発電モードでは、数アンペア（Ａ）程度の通電が長時間負荷されるため、ブラシホルダ８０の冷却性の良し悪しにより、動作時に達するブラシ８の最高温度が決定される。この時、ブラシ温度抑制用金属部材８１がブラシホルダ８０に備えられていることで、ブラシ先端の発熱部近傍で発生した熱が、直近に配置されたブラシ温度抑制用金属部材８１により拡散され、それ以降の放熱経路は拡散された熱伝導面積が大きくなるため、発熱部から外部雰囲気への熱抵抗は小さくなる。これは、ブラシホルダ８０のブラシ冷却効果が向上したことと同義であり、動作時に達するブラシ８の最大温度は降下する。

　一方、始動モードや回生発電モードでは、数秒間から数十秒間に１０アンペア（Ａ）から２０アンペア（Ａ）程度の大きな電流を通電する。ブラシ８の主な発熱部は、ブラシ本体の電気抵抗によるジュール発熱、ブラシ８とスリップリング４の当接部の接触抵抗に起因した発熱、ブラシ８とスリップリング４の当接部によっての摩擦熱である。これらの割合は、回転数によって変動するが、概ねブラシ本体の電気抵抗によるジュール発熱とブラシ８とスリップリング４の当接部の摩擦熱が合計で1５％程度、ブラシ８とスリップリング４の当接部の接触抵抗に起因した発熱が８５％程度となる。この状態では、ブラシとスリップリングの当接部に１５ワット（W）程度以上の発熱が短時間に生じる。

　この時、ブラシ８とスリップリング４の当接部を頂点として、大きな温度分布が生じ、巨視的にみるとブラシ先端部近傍のみが温度上昇する状態となる。この短時間のみ発熱する状態では、ブラシ近傍の温度が急上昇する部分から、熱を放出する外部まで熱伝導されないため、ブラシホルダ８０の放熱性を向上させてもブラシ８の温度を抑制する大きな効果は得られない。これに対して、ブラシ発熱部近傍の熱容量を増加させると短時間の過渡温度上昇には温度低減効果が生じる。このモードのブラシ８の温度上昇は、短時間であるため、温度が飽和することが無い。

　所定の通電時間でブラシの到達最大温度を決定するのは、時間に対する温度上昇の傾きである。本発明のように、ブラシ８に接するようにブラシ温度抑制用金属部材８１を配置し、ブラシ発熱部近傍の熱容量（比熱×密度×重量）を大きくすると、ブラシ近傍の温度が増加するためには、より大きな熱量が必要となる。この結果、短時間の温度上昇の傾きが小さくなり、所定の時間のブラシ到達温度が降下する。この際、ブラシホルダ８０の中に新規に設置する、通電用ターミナル８２とは別のブラシ温度抑制用金属部材８１は、熱伝導率が大きく、熱容量も比較的大きくとれる銅系の金属で構成されることが望ましい。

　また、ブラシホルダ８０には、通電用ターミナル８２とは別のブラシ温度抑制用金属部材８１が配置されており、ブラシ温度抑制用金属部材８１はブラシホルダ構成樹脂８３にインサート成形されている。ブラシ温度抑制用金属部材８１がブラシホルダ８０内部にインサート成形されていることで、改めてブラシ温度抑制用金属部材を設置する場合と比べて取り付けコストを削減できる。また、本来ブラシホルダ８０は、水など外部からの異物をブラシ８まで浸入させないように防ぐ機能を備える。ブラシ温度抑制用金属部材８１がブラシホルダ８０にインサート成形されていることで、ブラシ温度抑制用金属部材８１とブラシホルダ構成樹脂８３との間は、ブラシ温度抑制用金属部材８１を後付する場合や圧入する場合などと比べて、密着性が高くなり外部の異物が入り難くなる。

　図３（ｃ）のように、ブラシホルダ構成樹脂８３内部には、ブラシ８側面に対して少なくとも１面以上（本例では２面）を囲むようにブラシ温度抑制用金属部材８１が配置されている。ブラシ８に対向する面が多いほどブラシ温度上昇を軽減する効果が高くなる。ブラシホルダ８０内部に設置できるブラシ温度抑制用金属部材８１の枚数が制限される場合は、ブラシ発熱部のできるだけ近くに、ブラシ８とブラシ温度抑制用金属部材８１の接触部ができるように設置することが望ましい。

　ブラシ８は、回転電機の動作時にブラシ８の長手方向に移動できるように、ブラシホルダ８０とブラシ８の間に微小な隙間を設けてある。このため、回転電機の動作時に、スリップリング４の回転接線方向にブラシ８を押す力が作用し、ブラシ８が押し付けられる面が生じる。この場合、ブラシ８とブラシ温度抑制用金属部材８１の接触部は、ブラシ８の発熱部の近傍にできるため、ブラシ８の温度上昇の軽減に有利である。このような観点から、ブラシ温度抑制用金属部材８１の設置枚数が限られる場合は、ブラシ８が押し付けられる側、すなわち、回転子の回転方向の面にブラシ温度抑制用金属部材８１を配置することが望ましい。

　成形性の向上や低コスト化の要求が大きい場合、ブラシホルダ８０のブラシ８が押し付けられる面の一つのみにブラシ温度抑制用金属部材８１を配置することも有効である。ブラシ温度低減用金属部材８１を一面のみに配置することで、インサート成型時の成立性が高まると共に、金型をできるだけ簡略化でき、金型作製コストも低くできる。また、金型が簡略化されたことで金型の補修も安く容易にできるようになる。この結果、ブラシ８の温度抑制効果を保持しながら、材料費アップによるコストと重量の増大を防ぐことが可能となる。

　また、ブラシ温度抑制用金属部材８１とブラシ８の接触部は少なくとも一点以上あり、電気的に接続していている状態で配置されている。ブラシ温度抑制用金属部材８１とブラシ８が直接接しているため、ブラシ８で発生した熱は、短時間でブラシ温度抑制用金属部材８１に伝達される。モータジェネレータなどで行う回生発電や始動動作のような連続発電と比較して、短時間で大きい電流をブラシ８に通電する場合は、ブラシ８の温度上昇はブラシ８から熱抵抗が小さい範囲にある熱容量が大きいほど緩やかになる。ブラシ温度抑制用金属部材８１は、ブラシ８と直接接しているため、回生発電や始動動作時のブラシ温度上昇を軽減できる。また、発熱した熱をブラシ温度抑制用金属部材８１中に拡散する効果があるので、ブラシホルダ外部への伝熱面積が大きくなり、ブラシ８とブラシ温度抑制用金属部材８１がブラシホルダ構成樹脂８３のような低熱伝導の部材に囲まれている場合でも、放熱を期待できる。さらに、ブラシホルダ内部に骨組みのようにブラシ温度抑制用金属部材８１が配置されているため、ブラシホルダ全体の機械的な強度が向上し、外部からの荷重や衝撃を受けた際に破壊されることを防止する。

　また、ブラシ温度抑制用金属部材８１は、陽極ブラシもしくは陰極ブラシの片方のみに配置されていてもよい。一組のブラシには陽極ブラシと陰極ブラシがあり、回転電機が動作する時にこれらのブラシ８はそれぞれ発熱する。ブラシ８の温度をモニタすると、電気的もしくは構造的な問題に起因して、二つのブラシ８の温度に差が生じる場合がある。温度を低減したいブラシ側のブラシホルダ８０にブラシ温度抑制用金属部材８１を配置することで、温度差を低減できる。この結果、温度が高く摩耗が早い側のブラシの寿命で制約されていた回転電機のブラシ寿命を長くすることができる。また、ブラシホルダ８０の形状や、ブラシホルダ８０内のブラシ８の位置、もしくはブラシホルダ８０内の通電用ターミナル８２の配置などによって、重量のバランスが悪い場合、これを是正するようにブラシ温度抑制用金属部材８１を配置することで、バランスを改善できる。

実施の形態２．
　次に、実施の形態２について説明する。図４は実施の形態２に係る回転電機のブラシホルダを示すもので、（ａ）はブラシホルダの外観斜視図、（ｂ）はブラシホルダ内のブラシとブラシ温度抑制用金属部材の配置を示す斜視図、（ｃ）は断面図である。

　実施の形態２のブラシホルダと実施の形態１のブラシホルダとの主な違いは、ブラシ温度抑制用金属部材８１の一部がブラシホルダ８０の角筒部８０ａの外部に突出している点である。図４（ｃ）に示すように、ブラシ温度抑制用金属部材８１のブラシホルダ８０からの突出部の表面は、外部の異物などから電気的に絶縁される絶縁層８５を備え、ブラシ温度抑制用金属部材８１とブラシホルダ構成樹脂８３との境目にはゴムまたは樹脂からなるシール８６が設けられている。絶縁層８５としては塗装、塗布、めっき、溶射やラミネートなどで絶縁材料をコーティングして構成するか、ブラシ温度抑制用金属部材８１として絶縁性のコーティング膜を持つ金属板を用いてもよい。

　図４では、ブラシ温度抑制用金属部材８１をブラシ８の片側だけに設けているが、片側に限らず両側に設けてもよく、このとき、両側のブラシ温度抑制用金属部材８１の長さを違えてもよい。また、ブラシ温度抑制用金属部材８１はブラシホルダ構成樹脂８３から突出しているが、突出させずに露出させても放熱効果がある。

　ブラシホルダ８０の外部にブラシ温度抑制用金属部材８１を露出または突出させることで、ブラシ温度抑制用金属部材８１の熱容量を大きくできる。また、冷却風が流れる外部にブラシ温度抑制用金属部材８１露出させることで、ブラシ温度抑制用金属部材表面からの放熱による冷却効果が得られる。

　図４（ｃ）は、実施の形態２におけるブラシホルダの断面図で、ブラシ温度抑制用金属部材８１が突出している例を示しているので、露出部分を突出部として説明する。ブラシ温度抑制用金属部材８１のブラシホルダ８０からの突出部の表面は、外部の異物などから電気的に絶縁される絶縁層８５を備える。例えば、ブラシ温度抑制用金属部材８１として絶縁性のコーティング膜を持つ金属板を用いたり、ブラシ温度抑制用金属部材８１に、塗装、塗布、めっき、溶射やラミネートなどで絶縁材料をコーティングして構成してもよい。

　前記構成により、ブラシ冷却用金属部材８１のブラシホルダ８０からの突出部に外部からの異物が付着した場合、もしくは、車両用の交流発電機もしくはモータージェネレータ内の他の部材に接して設置した場合でも、界磁電流のリークや短絡が生じない。ブラシ温度抑制用金属部材８１を被覆する絶縁層８５を形成するのは、ブラシ温度抑制用金属部材８１がブラシホルダ８０にインサート成形される前でも後でもよい。ブラシホルダ８０にインサート成形される前に、絶縁層８５を形成する場合、絶縁層形成プロセスが高温プロセスなどブラシホルダ構成樹脂８３が耐えられない環境の処理でも適用できる。ブラシホルダ８０にブラシ温度抑制用金属部材８１がインサート成形された後に絶縁層８５を成形する場合、全体を一括に覆う処理を適用すると、絶縁層形成コストを低くできる。

　また、ブラシ温度抑制用金属部材８１のブラシホルダ内部に包括される部分に絶縁層８５が形成されていてもよい。このとき、ブラシホルダ構成樹脂８３と密着性がよい絶縁材料を形成しておくことで、ブラシホルダ形成樹脂８３とブラシ温度抑制用金属部材８１に界面の隙間を軽減できる。また、ブラシホルダ８０にブラシ温度抑制用金属部材８１をインサート成形した後に、ブラシホルダ全体を絶縁塗装してもよい。これは、絶縁処理が簡単になるため、処理のコストが低減する。また、ブラシホルダ構成樹脂８３とブラシ温度抑制用金属部材８１もしくは通電用ターミナル８２との界面を埋めることができるため、水などの外部異物の浸入を防ぐことが可能となる。

　また、ブラシ温度抑制用金属部材８１の突出部とブラシホルダ構成樹脂８３との界面をゴムもしくは樹脂でシール８６してもよい。ブラシ温度抑制用金属部材８１は、ブラシホルダ構成樹脂８３にインサート成形されている。このブラシホルダ８０に温度サイクルが付加されるとブラシ温度抑制用金属部材８１とブラシホルダ構成樹脂８３の線膨張係数の違いから、ブラシ温度抑制用金属部材８１のブラシホルダ８０からの突出部の、ブラシ温度抑制用金属部材８１とブラシホルダ構成樹脂８３との界面に隙間ができ、外部雰囲気からの異物の進入を阻止することができないことが懸念される。この界面を覆うように、ゴム材もしくは樹脂材など弾力性がある部材でシール８６することで、ブラシホルダ８０とブラシ温度抑制用金属部材８１の間で生じる変位を吸収し、隙間が空くのを防ぐ。

実施の形態３．
　図５は、実施の形態３に係る回転電機のブラシホルダにブラシとブラシ温度抑制用金属部材の配置を示す斜視図である。実施の形態２との違いは、実施の形態３のブラシ温度抑制用金属部材８１ａは、側面、つまり、ブラシ８がスリップリング４と接触する側およびその反対側の端面に凹凸８１１を設けた点である。その他の構成は実施の形態２と同じである。凹凸８１１は、ブラシ８とブラシ温度抑制用金属部材８１ａが接触する面に平行に形成される。

　ブラシ温度抑制用金属部材８１ａは、側面が凹凸形状を持つことで、塵埃や水など異物がブラシ温度抑制用金属部材８１ａの突出部とブラシホルダ構成樹脂８３の界面から侵入した場合でも、異物は凹凸８１１のそれぞれの面でせき止められるため深い部分まで侵入することができない。また、凹凸８１１が成形されているため、外部からの力が作用した場合でも、ブラシ温度抑制用金属部材８１ａがブラシホルダ８０のブラシホルダ構成樹脂８３から抜け落ちることを防止できる効果もある。

　この凹凸は、ブラシ温度抑制用金属部材８１ａの側面のみならず、図５に記載した凹凸が形成されている面以外の面にも形成してよい。また、図５では、プレスの打ち抜き加工などで成形した場合の形状を示したが、板金加工など曲げ加工などで凹凸形状を成形しても効果がある。

実施の形態４．
　図６は、実施の形態４に係る回転電機のブラシホルダを示す断面図である。実施の形態４と実施の形態２との違いは、ブラシ温度抑制用金属部材８１ｂのブラシホルダ８０からの突出部が、冷却風と接する面積を大きくとる面積拡大構造であるフィン８１２を備える。図６では、押し出しフィンの形状を示したが、ピンフィンやプレートフィンなどでもよい。ブラシ温度抑制用金属部材８１ｂのブラシホルダ８０からの突出部がフィン形状などの面積拡大構造を備えることによって、冷却風への放熱が効率よく行われるため、温度抑制効果が向上する。またこの形状では、回転電機の回転数が大きく、ロータの回転によって起こされる冷却風の風量が大きい場合、さらに有効となる。

実施の形態５．
　図７は、実施の形態５に係る回転電機のブラシホルダ８０の断面図である。ブラシ温度抑制用金属部材８１ｃのブラシホルダ８０から突出部している板状部８１３の一部を絶縁性の部材である高放熱隙間充填剤８４を介してヒートシンク１７に接続することで、ブラシで発生した熱をヒートシンク１７に放出する構造となっている。

　熱伝導率が低い電気的に絶縁する部材を発熱部から遠い位置に設けることが可能となるため、放熱経路中の熱の拡散が促進され温度低減効果が向上する。また、高放熱隙間充填剤８４に接着作用を持たせる場合、絶縁とブラシホルダ固定の効果を一つの処理で得られる。ブラシホルダ既存の固定構造に加えて、ブラシ温度抑制用金属部材８１ｃの固定を加えることで、ブラシホルダ固定強度が高くなる。この結果、ブラシホルダ８０の固定箇所が多くなり、より共振周波数を高く設定することができ、振動に対する信頼性を高めることが可能となる。

実施の形態６．
　図８はこの発明の実施の形態６に係る回転電機のブラシホルダを示す断面図である。ブラシ温度抑制用金属部材８１ｃは、ブラシホルダ構成樹脂８３と一体成形される第１のブラシ温度抑制用金属部材板状部８１３ａとヒートシンク３０ｇと接続している第２のブラシ温度抑制用金属部材板状部８１３ｂの、２つ以上のパーツから構成されていてもよい。ブラシ温度抑制用金属部材板状部を、２つ以上のパーツを接合することで構成することで、第１のブラシ温度抑制用金属部材板状部８１３ａの形状をできるだけ簡略化することが可能となる。この結果、第１のブラシ温度抑制用金属部材板状部の製造コスト低減、寸法精度向上のみならず、ブラシホルダ自体の温度サイクルに対する耐性も向上する。また、ブラシホルダの成型時では、成形型を簡素化することができるとともに、型自身の摩耗などによる劣化も抑えられるためコストメリットがある。また、接合部８１４は、ブラシホルダ外部の冷却風が流れる箇所に設置されるため、放熱面積が増大する。また、第１のブラシ温度抑制用金属部材板状部８１３ａと第2のブラシ温度抑制用金属部材板状部８１３ｂの接合部付近の形状は任意に設定できるため、回転子に設置されたファンにより引き起こされる冷却風の流れを妨げない位置に設置できる。

　　１　回転軸、　２　界磁鉄心、
　　３　界磁巻線、　４　スリップリング、
　　５　固定子、　６、７　ブラケット、
　　８　ブラシ、　９　スリップリングターミナル、
　　１０　回転子、　１１　口出し線巻き付け部、
　　１２、１３　冷却用ファン、　１４　スリップリングモールド部、
　　１５　スプリング、　１６　回転センサ、
　　１８　コイル口出し線、　１９　ベアリング、
　　２０　プーリ、　３０　パワー回路部、
　　３０a、３０ｂ　パワー素子、　３０ｇ　ヒートシンク、
　　３１　界磁回路部、　３２　制御回路部、
　　３２ａ　制御回路基板、　３３ａ　防水カバー、
　　３５　外部用接続コネクタ、　４０　露出部、
　　５０　モールド樹脂、　６０　モールド成形品、
　　８０ブラシホルダ、　８０ａ　ブラシホルダ角筒部、
　　８０ｂ　ブラシホルダ円環部、
　　８１、８１ａ、８１ｂ、８１ｃ　ブラシ温度抑制用金属部材、
　　８２　通電用ターミナル、　８３　ブラシホルダ構成樹脂、
　　８４　高放熱隙間充填材、　８５　絶縁層、
　　８６　シール層、　１００　回転電機、
　　３００　パワーアセンブリ、　８１１　凹凸、
　　８１２　フィン、　８１３、８１３ａ、８１３ｂ　板状部、
　　８１４　接合部。

Claims

　フロントブラケットおよびリアブラケットを有するハウジングに回転自在に支持されている回転軸と、前記ハウジングに固定され、電機子巻線を有する固定子と、前記回転軸に固定され、界磁鉄心および界磁巻線を有する回転子と、前記回転軸に固定され、前記界磁巻線に界磁電流を供給するスリップリングと、前記スリップリングを介して前記界磁巻線に界磁電流を供給する陽極ブラシおよび陰極ブラシと、前記両ブラシを互いに絶縁して格納部に保持すると共に前記ブラシに界磁電流を供給するターミナルをもつ絶縁物製のブラシホルダとを備え、前記ブラシホルダには、前記ブラシの格納部内に、前記ブラシと接触するブラシ温度抑制用金属部材を設けたことを特徴とする回転電機。
　前記ブラシ温度抑制用金属部材は、前記ブラシホルダにインサート成形されていることを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
　前記ブラシ温度抑制用金属部材は、前記ブラシの２面以上に接触するように設置されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の回転電機。
　前記ブラシ温度抑制用金属部材は、前記ブラシの、前記回転子の回転方向側の面に接触するように設置されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の回転電機。
　前記ブラシ温度抑制用金属部材は、前記陽極ブラシもしくは陰極ブラシの片方のみに設置されていることを特徴とする請求項１～請求項４のいずれか一項に記載の回転電機。
　ブラシ温度抑制用金属部材は、一部が前記ブラシホルダから外部に露出していることを特徴とする請求項１～請求項５のいずれか一項に記載の回転電機。
　ブラシ温度抑制用金属部材は、一部が前記ブラシホルダから外部に突出していることを特徴とする請求項１～請求項５のいずれか一項に記載の回転電機。
　前記ブラシ温度抑制用金属部材は、前記ブラシホルダからの露出部または突出部の表面が絶縁層で覆われていることを特徴とする請求項６または請求項７に記載の回転電機。
　前記ブラシ温度抑制用金属部材は、全体が絶縁層で覆われていることを特徴とする請求項１～請求項７のいずれか一項に記載の回転電機。
　前記ブラシ温度抑制用金属部材は、前記露出部または突出部とブラシホルダとの界面がシールされていること特徴とする請求項６または請求項７に記載の回転電機。
　ブラシ温度抑制用金属部材は、表面に凹凸形状を持つことを特徴とする請求項７に記載の回転電機。
　前記ブラシ温度抑制用金属部材は、前記ブラシホルダからの突出部に冷却フィンを備えていることを特徴とする請求項７に記載の回転電機。
　前記ブラシ温度抑制用金属部材は、前記ブラシホルダからの突出部の少なくとも一部が絶縁部材を介してヒートシンクに接続されていることを特徴とする請求項７に記載の回転電機。
　前記ブラシ温度抑制用金属部材は、２つ以上の構成パーツを接続することで構成されていることを特徴とする請求項１３に記載の回転電機。