WO2016088158A1 - 回転電機の回転子および回転電機 - Google Patents

回転電機の回転子および回転電機 Download PDF

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rotor
slip ring
pair
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啓介 白井
智亮 村田
大橋　篤志
洋亀 池田
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三菱電機株式会社
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    • H02K7/10—Structural association with clutches, brakes, gears, pulleys or mechanical starters
    • H02K7/1004—Structural association with clutches, brakes, gears, pulleys or mechanical starters with pulleys

Definitions

  • the present invention relates to a rotor of a rotating electrical machine in which a slip ring device is press-fitted into a shaft, and particularly to a rotor of a rotating electrical machine such as a vehicle AC generator used in a vehicle.
  • a slip ring device is attached to a shaft, and power is supplied to the rotor coil via the slip ring device.
  • the slip ring device includes a pair of slip rings, a connection terminal that electrically connects the slip ring and the rotor coil, and a resin molding portion that molds and holds the slip ring and the connection terminal integrally with resin. It is configured.
  • the shaft is rotatably supported by the housing via a pair of bearings. A pulley connected to the engine via a belt is attached to the shaft. Therefore, the rotor is rotated by transmitting the driving force of the engine to the pulley.
  • Patent Document 1 the vehicle alternator rotor disclosed in Patent Document 1 has many problems.
  • a negative slip ring is attached by press fitting adjacent to the axial side surface (shaft end surface) of the resin holder at the end of the small diameter portion of the shaft.
  • shaft end surface the axial side surface of the resin holder
  • slip ring scattering there is a problem in reliability, such as slip ring scattering, as a rotor of a vehicular AC generator that is generally required to withstand rotation of a maximum of 20000 rpm.
  • the shaft is made of iron
  • the slip ring is made of copper. It is fully considered that the slip ring rotates with respect to the shaft due to the difference between these metals, thereby obstructing the function of the rotor.
  • FIGS. 5 and 5a of Patent Document 1 a cylindrical holding disk is connected to the inside of the negative slip ring by soldering, welding, etc., these are inserted into an injection mold, and a resin is injected.
  • a resin holder in this case, it is necessary to hold the outer periphery of the slip ring with a mold, and to expose and hold only the inner peripheral surface of the holding disk. Is very difficult and is not mass-productive.
  • a cylindrical slip ring and a cylindrical holding disk can be manufactured with high concentricity, and after resin molding, the inner peripheral surface is processed to ensure contact accuracy for shaft insertion If this becomes necessary, the production process increases and the cost increases.
  • the resin part of the resin body is not cracked, chipped, etc., and is manufactured so as to ensure conductive contact between the embedded holding disk inner peripheral surface and the shaft. There are many difficulties.
  • FIGS. 6 and 6a of Patent Document 1 show that the shaft pin portion is pressed against the shaft end surface of the resin holder to fit the holding disk alone to the shaft, and the holding disk outer peripheral surface is the inner side of the minus side slip ring.
  • Two slip ring devices are shown, one in contact with the two and one in which a holding disk having a shaft pin is formed integrally with a resin holder.
  • the present invention has been made to solve the above-described problems, and avoids the electric corrosion of the bearing supporting the rotor without deteriorating the reliability and productivity as the rotating body, and thus the bearing and thus the rotor.
  • An object of the present invention is to obtain a rotor of a rotating electrical machine that does not reduce the life of the motor.
  • a rotor of a rotating electrical machine has a shaft and a rotor coil that can rotate around an axis, and is attached to a rotor body fixed to the shaft and one end of the shaft, and transmits engine driving force. And a pair of slip rings, a pair of connection conductors that electrically connect each of the slip rings and the rotor coil, and the other end of the shaft, the slip ring and the connection conductors being A slip ring device comprising an insulating molded body to be held, wherein the insulating molded body exposes the brush sliding surfaces of the pair of slip rings and the lead wire connecting end portions of the pair of connecting conductors in the outer circumferential direction.
  • At least one of the negative side slip ring or the negative side connection conductor embedded and held in the insulating molded body is attached to the shim. It is extended toward the shift, is provided with a protruding portion that is electrically connected to the shaft. Further, the rotor of the rotating electrical machine according to the present invention exposes the brush sliding surfaces of the pair of slip rings and the lead wire connecting end portions of the pair of connecting conductors in the outer peripheral direction by the insulating molded body, and each of them is embedded and held.
  • a concave portion is formed at the shaft end portion of the insulating molded body, and at least one of the negative side slip ring or the negative side connection conductor and the shaft are soldered and connected in the concave portion.
  • the negative slip ring or the inner peripheral side protruding portion of the negative connection conductor and the shaft can be electrically connected, so that there are problems such as scattering of parts due to rotation. Therefore, it is possible to reliably avoid the electric corrosion failure of the bearing with an inexpensive configuration.
  • FIG. 5 is a sectional view taken along line AA in FIG. 4. It is the side view and front view which show the principal part of the brush side shaft part which concerns on Embodiment 1.
  • FIG. It is a perspective view which fractures
  • FIG. 10 is a cross-sectional view taken along the line BB in FIG. 9. It is sectional drawing and the front view which show the slip ring apparatus single-piece
  • FIG. 6 is a partial cross-sectional view showing a main part of a slip ring device according to a second embodiment. It is a side view which shows the brush side shaft part in FIG. It is a front view which shows the slip ring apparatus which concerns on Embodiment 3.
  • FIG. 15 is a cross-sectional view taken along the line CC in FIG. 14.
  • FIG. 17 is a cross-sectional view taken along the line DD in FIG. It is a front view which shows the principal part of the slip ring apparatus which concerns on Embodiment 4.
  • FIG. 19 is a cross-sectional view taken along the line EE in FIG.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing the overall structure of a rotor of a rotary electric machine according to Embodiment 1 of the present invention
  • FIGS. 2 and 3 are perspective views showing the main configuration of FIG. 1
  • FIG. FIG. 5 is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 4.
  • FIG. 6 is a side view and a front view showing the main part of the brush-side shaft portion inserted into the slip ring device according to the first embodiment
  • FIG. 7 shows the slip ring device according to the first embodiment in the axial direction. It is a perspective view shown fractured.
  • the rotating electrical machine 1 includes an annular stator (not shown) and a rotor 2 that is disposed inside the stator and is rotatable with respect to the stator.
  • the stator and rotor 2 are supported by a housing (not shown).
  • the stator has an annular stator core fixed to the housing and a plurality of stator coils provided on the stator core (none of which are shown).
  • a vehicular AC generator mounted on a vehicle is illustrated as the rotating electrical machine 1.
  • the rotor 2 includes a shaft 3 attached rotatably around an axis, a rotor body 4 fixed to an intermediate portion of the shaft 3, and a slip attached to a portion of the shaft 3 protruding from the rotor body 4. It has a ring device 5 and a pair of fans 6 provided at both ends in the axial direction of the rotor body 4. Such a rotor 2 is rotationally driven to face the stator around the axis of the shaft 3.
  • the shaft 3 is rotatably supported by a bearing support portion 70 of the housing via a pair of bearings 7.
  • the shaft 3 includes a shaft main body 31 to which the rotor main body 4 is fixed, a pulley-side shaft portion 32 protruding from one end of the shaft main body 31, and a brush side protruding from the other end of the shaft main body 31. And a shaft portion 33.
  • the slip ring device 5 is attached to the brush side shaft portion 33.
  • a pulley 8 connected to the engine via a belt (none of which is shown) is attached to the pulley-side shaft portion 32, and the shaft 3 is rotationally driven when the driving force of the engine is transmitted to the pulley 8. It will be.
  • the brush-side shaft portion 33 includes a first shaft portion (groove forming shaft portion) 331 that protrudes in the axial direction from the end surface of the shaft main body portion 31 and a second shaft portion that further protrudes from the end surface of the first shaft portion 331. 332.
  • the outer diameter of the second shaft portion 332 is formed smaller than the outer diameter of the first shaft portion 331.
  • a stepped portion 333 is formed along the circumferential direction of the shaft 3 at the boundary between the first shaft portion 331 and the second shaft portion 332.
  • a pair of shaft grooves 34 are provided on the outer peripheral surface of the first shaft portion 331 apart from each other in the circumferential direction of the shaft 3 along the axial direction of the shaft 3.
  • Each shaft groove 34 reaches the boundary (stepped portion 333) between the first shaft portion 331 and the second shaft portion 332 from the position of the end surface of the shaft main body portion 31, and the end surface of the first shaft portion 331. It is open at. (See Figure 6)
  • the rotor body 4 includes a rotor core (field core) 41 fixed to the shaft body 31, a rotor coil (field coil) 42 provided on the rotor core 41, and the rotor core 41.
  • a resin bobbin 43 is provided between the rotor coil 42 and electrically insulates the rotor coil 42 from the rotor core 41.
  • the rotor core 41 includes a first iron core portion 411 having a plurality of first claw-shaped magnetic pole portions 411a and a second iron core portion 412 having a plurality of second claw-shaped magnetic pole portions 412a.
  • the first and second iron core portions 411 and 412 are respectively fixed to the shaft main body 31 in a state where the first and second claw-shaped magnetic pole portions 411a and 412a are alternately meshed with each other in the circumferential direction of the rotor core 41. Yes. Therefore, the rotor 2 is a so-called Landel type rotor.
  • the rotor coil 42 is disposed in a space formed in the rotor core 41.
  • the two lead wires 42e of the rotor coil 42 are drawn out of the rotor core 41 from the space between the first claw-shaped magnetic pole portions 411a adjacent to each other.
  • the rotor coil 42 is impregnated with a resin (for example, an epoxy resin).
  • the resin covers the outermost peripheral portion of the rotor coil 42, and the gap between the wires constituting the rotor coil 42 and the rotation.
  • the gap between the child coil 42 and the bobbin 43 is filled, thereby improving the electrical insulation performance and mechanical strength of the rotor coil 42 with respect to the rotor core 41.
  • the slip ring device 5 includes a pair of metal (in this example, copper) slip rings 51a and 51b and a pair of connection conductors 52a for electrically connecting the slip rings 51a and 51b to the rotor coil 42. , 52b and an insulating molded body 53 that is attached to the brush side shaft portion 33 and supports the slip rings 51a, 51b and the connection conductors 52a, 52b.
  • One of the pair of bearings 7 that support the shaft 3 is press-fitted from the outside of the end of the brush-side shaft portion 33 and is fitted to the outer peripheral surface of the first shaft portion 331.
  • the insulating molded body 53 is formed of a resin having electrical insulation. Further, the insulating molded body 53 is formed by placing the slip rings 51a and 51b and the connecting conductors 52a and 52b in a mold and then pouring and curing the resin. Furthermore, the insulating molded body 53 includes a cylindrical molded body main body portion 531 fitted to the second shaft portion 332, and an opposing portion 532 disposed closer to the rotor body 4 than the molded body main body portion 531. The molded body main body portion 531 and the facing portion 532 are connected to each other, and a pair of connecting portions 533 are individually accommodated in each shaft groove 34.
  • Each slip ring 51a, 51b is disposed on the outer periphery of the molded body main body 531 so as to surround the molded body main body 531, and is embedded in the molded body main body 531 with the ring outer peripheral surface exposed to the outside. Further, the slip rings 51 a and 51 b are provided in the molded body main body 531 so as to be separated from each other in the axial direction of the shaft 3.
  • the connection conductors 52a and 52b are sequentially drawn from the slip rings 51a and 51b through the molded body main body portion 531, the coupling portion 533, and the opposing portion 532, and are extracted to the outside from the outer peripheral surface of the opposing portion 532.
  • An end 54 is formed. The exposed end portion 54 is individually connected to the two lead wires 42e of the rotor coil 42, whereby the rotor coil 42 is electrically connected to the slip rings 51a and 51b.
  • the facing portion 532 of the molded body main body portion 531 is formed in an annular shape surrounding the shaft 3 and is configured to support the exposed end portion 54. Further, the facing portion 532 is disposed between the bearing 7 fitted to the first shaft portion 331 and the rotor body 4.
  • the connecting portion 533 is connected to the inner peripheral surface of the facing portion 532 from the end surface of the molded body main body portion 531 through the shaft groove 34. Thereby, each connection conductor 52a, 52b can be passed inside the bearing 7 fitted to the outer peripheral surface of the first shaft portion 331, and the radial dimension of the slip ring device 5 can be reduced. .
  • the negative slip ring 51 a is formed with a protruding portion 55 extending from the inner peripheral surface of the molded body main body 531 in the axial center direction and exposed from the molded body main body 531.
  • the second shaft portion 332 is provided with a recess 35.
  • the exposed surface of the protrusion 55 and the bottom and side surfaces of the recess 35 are flat surfaces, and the protrusion 55 and the brush side shaft portion 33 come into contact with each other by fitting the slip ring device 5 to the brush side shaft portion 33.
  • the shaft 3 is electrically connected to the slip ring device 5.
  • the protruding portion 55 is exposed with a step from the inner peripheral surface of the molded body main body portion 531, so that the protruding portion 55 can be reliably held in a molding die for resin injection molding. And product accuracy can be ensured.
  • a protruding portion 534 extending from the molded body main body portion 531 is provided adjacent to the shaft end portion of the protruding portion 55 so as to protect the protruding portion 55 from slight collision between components during fitting. Can do.
  • the brush device 9 (FIG. 1) is attached to the housing that supports the rotor 2.
  • the brush device 9 includes a pair of brushes 91 that individually contact each slip ring 51a, 51b, a brush holder 92 that holds each brush 91, and each brush 91 that contacts each slip ring 51a, 51b individually. And a spring (not shown) for biasing.
  • a spring (not shown) for biasing.
  • a current is supplied from a battery (not shown) to the rotor coil 42 of the rotor 2 through the brush 91 and the slip ring device 5, and the first and second claw-shaped magnetic pole portions 411a. , 412a are formed with magnetic poles (N pole and S pole).
  • the rotor 2 is rotated around the shaft 3 by receiving the driving force of the engine via the pulley 8. As a result, a rotating magnetic field is applied from the rotor 2 to the stator core, and an electromotive force is generated in the stator coil.
  • the projecting portion 55 fitted in the concave portion 35 of the second shaft portion 332 is formed continuously from the negative side slip ring 51a, and is embedded in the insulating molded body 53 integrally with the negative side slip ring 51a. Therefore, even when the rotor 2 is in a continuous rotation state, it is possible to maintain a state in which contact with the shaft 3 is maintained.
  • the contact surface between the projecting portion 55 of the negative slip ring 51a and the shaft 3 is formed flat, it is easier to improve accuracy and secure a contact state than when the circumferential surfaces are brought into contact with each other. There is an advantage that is easy to do.
  • the two protruding portions 55 and the two connecting conductor exposed end portions 54 are spaced apart from each other in the circumferential direction. It is possible to avoid problems caused by.
  • the connection conductors are provided at two places in terms of the circuit configuration, but the protrusions 55 do not have to be provided at two places if the shape and size capable of obtaining a desired charging avoidance effect are studied. Of course, depending on circumstances, three or more locations may be provided.
  • the protruding portion 55 and the connection conductor exposed end portion 54 are arranged with a balance of the center of gravity, the arrangement order is not limited. For example, as shown in FIG. 8, the protruding portion 55 and the two connection conductors are arranged.
  • the exposed end portion 54 may be spaced apart by 120 ° in the circumferential direction. Since the weight balance in this case depends on the shape, it is not always the same pitch arrangement. That is, as long as a desired effect or good balance as a rotating body is obtained, various locations and circumferential positions other than those described above are possible.
  • the protrusion 55 is rectangular, but other shapes suitable for fitting can be selected as appropriate.
  • the periphery of the slip ring device 5 as an AC generator for a vehicle is provided with a waterproof structure such as a labyrinth structure, packing, or O-ring (none of which is shown),
  • a waterproof structure such as a labyrinth structure, packing, or O-ring (none of which is shown)
  • FIG. FIG. 9 is a front view showing a state in which the slip ring device 5 according to Embodiment 2 of the present invention is attached to the brush side shaft portion
  • FIG. 10 is a view showing a cross section taken along line BB in FIG.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view showing only the slip ring device 5 in FIG. 10 and a front view showing the protruding terminal portion 153.
  • 12 is a cross-sectional view showing a main part of the slip ring device 5, and
  • FIG. 13 is a side view showing the brush side shaft part 33. As shown in FIG.
  • the tip of the connection conductor 152a connected to the negative slip ring 51a is projected in the axial direction to form an annular terminal portion 153 as shown in FIG.
  • the protruding terminal portion 153 is integrally formed when the plate-like connection conductor 152a is manufactured.
  • the protruding terminal portion 153 formed integrally with the connection conductor 152a is tightened and brought into close contact with the end portion of the shaft, whereby the negative slip ring 51a connected to the connection conductor 152a and the shaft 3 are electrically connected.
  • the electric charges charged in the shaft 3 and the pair of bearings 7 can be discharged to the housing through the brush side shaft portion 33, the negative side slip ring 51 a, and the brush device 9. Therefore, electric corrosion of the bearing 7 and the like can be prevented.
  • the protruding terminal portion 153 is not limited by the shape or the like as long as it can ensure electrical connection with the shaft 3. Further, since it is embedded and held in the insulating molded body 53 integrally with the connection conductor 152a, the contact with the shaft 3 is maintained even when the rotor 2 is in a continuously rotating state, as in the first embodiment. Can be maintained.
  • the protruding terminal portion 153 is configured to be in close contact with the terminal end of the shaft 3 by fastening the screw 10, but the protruding terminal portion 153 is connected to the terminal end of the shaft 3 as shown in FIGS. It is also possible to form the caulking portion 154 on the end face, thereby mechanically coupling and electrically connecting the protruding terminal portion 153 to the brush side shaft portion 33. In this case, it is possible not only to reduce screw parts compared to the second embodiment, but also to eliminate the need for screw hole machining of the shaft and to obtain an inexpensive product.
  • the protruding terminal portion 153 can be adhered to the terminal portion of the shaft 3 by forming a welded portion 155 by welding.
  • the fixing can be made strong without requiring a caulking tool.
  • FIG. 18 is a front view showing a state in which the slip ring device according to Embodiment 4 of the present invention is mounted on the brush side shaft portion
  • FIG. 19 is a cross-sectional view taken along line EE in FIG.
  • a concave portion with a part of the outer periphery notched is provided at the distal end portion of the insulating molded body 53 in which the negative slip ring 51a is embedded, and the axial distal end portion of the negative slip ring 51a is provided by this concave portion.
  • the solder 11 is applied to the recess.
  • Other configurations are the same as those of the above-described embodiment.
  • the negative slip ring 51a can be electrically connected to the shaft 3 by exposing a part of the connection conductor 152a and soldering to the shaft 3.
  • the protruding portion 55 of the slip ring 51a and the protruding terminal portions 153, 154, and 155 of the connection conductor 152a are used as they are. It also has an effect that can be used.
  • the shape of the concave portion of the insulating molded body 53 and the arrangement of the solder 11 are not limited to the illustrated example, and can be appropriately selected.
  • the rotor of the vehicle alternator has been described as an example.
  • the present invention may be applied to various types such as a rotor of an AC generator for an outboard motor, a rotor of an AC generator motor, and the like. It can be applied to a rotating electric machine.
  • each embodiment can be appropriately modified or omitted within the scope of the invention.

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Abstract

　回転電機の回転子におけるシャフトの帯電を安価な構成で防止することを目的として、 一対のスリップリング（５１ａ，５１ｂ）と、各スリップリングと回転子コイル（４２）とを電気的に接続する一対の接続導体（５２ａ，５２ｂ）と、スリップリング及び接続導体を保持する絶縁成形体（５３）とからなるスリップリング装置（５）を備え、スリップリング装置（５）の絶縁成形体（５３）は、一対のスリップリングのブラシ摺動面、一対の接続導体の引き出し線接続端部を外周方向に露出させてそれぞれを埋設保持するとともに、絶縁成形体に埋設保持された負側のスリップリング（５１ａ）あるいは負側の接続導体（５２ａ）の少なくとも一方にシャフト（３）に向かって延長され、シャフト（３）に電気的に接続された突出部（５５）を設けたものである。

Description

回転電機の回転子および回転電機
　この発明は、シャフトにスリップリング装置が圧入された回転電機の回転子に関するもので、特に車両に用いられる車両用交流発電機などの回転電機の回転子に関するものである。
　従来の車両用交流発電機の回転子としてスリップリング装置をシャフトに取り付け、スリップリング装置を介して回転子のコイルへ電力を供給するものが知られている。
　このスリップリング装置としては、一対のスリップリングと、スリップリングと回転子コイルを電気的に接続する接続端子と、スリップリングおよび接続端子を樹脂によりモールド成形して一体に保持する樹脂成形部とから構成されている。一方、シャフトは、一対のベアリングを介してハウジングに回転可能に支持されている。このシャフトには、エンジンにベルトを介して連結されたプーリが取り付けられている。したがって、エンジンの駆動力がプーリに伝達されることによって回転子が回転されることになる。
　このような従来の車両用交流発電機の回転子においては、エンジンの駆動力の伝達に伴い、ベルトとプーリとの摩擦によって発生する静電気がプーリ及びシャフトに帯電し、望ましくない静電気放電を引き起こすことが知られている。また、シャフトに直接接しているベアリングにも帯電が生じる。このような場合、いずれも通常金属製であるベアリングの外輪、転動体および内輪は、潤滑油の存在により互いが絶縁されているが、帯電が進み、アースであるハウジングに対するベアリングの電圧が潤滑油の絶縁破壊電圧に達すると、ベアリング自体に電流（ベアリング電流）が流れ、ベアリングの電蝕を発生させ易くする問題がある。
　特許文献１には、新しい材料からなる駆動ベルトを使用することにより、電荷分離が生じて望ましくない静電気放電を引き起こす不具合を解消するため、スリップリングのマイナス側とシャフトとを直接接触させて帯電を回避するものが開示されている。
独国公開特許第１０２００４０４０５９０(Ａ１)号公報
　しかしながら、特許文献１に示された車両用交流発電機の回転子においては、多くの課題を有している。
　まず、特許文献１の図２～図４には、シャフトの小径部端部における樹脂保持体の軸方向側面（軸終端面）に隣接して、マイナス側スリップリングをプレス嵌めによって取り付けたものが示されているが、一般的に最大２００００rpmの回転に耐えられることが要求される車両用交流発電機の回転子としては、スリップリングの飛散等、信頼性に問題がある。通常、シャフトは鉄、スリップリングは銅を材料として製造されており、これらの金属の差異によってスリップリングがシャフトに対して回動し、回転子の機能を阻害することが十分に考えられる。したがって、“スリップリングが回動しない”構成を得るためには、マイナス側スリップリングの内径及びシャフト小径部の外径に高い寸法精度、真円度や同芯度が必要であり、かつ、双方の固定手段が必要であるなど、生産工数の増大を招き、結果として回転子のコストを増大させるものである。
　また、軸方向に延びる接続導体を収容するシャフト溝が軸周りに二箇所から一箇所にでき、加工コストが減少するなどの利点が示されているが、上述の回転体としてはアンバランス状態が大きく、うねりによる軸受への影響や、回転子鉄心の外周と環状の固定子鉄心内周との隙間（径方向距離）の変動に伴う騒音の悪化などが生じることになる。
　また、特許文献１の図５、図５ａには、はんだ付け、溶接などによりマイナス側スリップリングの内側に円筒状の保持ディスクを連結し、これらを射出成形型に挿入し、樹脂を射出して樹脂保持体を得るものが示されているが、この場合、スリップリングの外周を型で保持するとともに、保持ディスクの内周面のみを露出させて保持することが必要になり、成形機の調整が非常に難しく、量産性に乏しいものとなる。また、円筒状のスリップリングと円筒状の保持ディスクとを高い同芯度で製造することができる保証がなく、樹脂成形後、シャフト挿入の接触精度を確保するために内周面を加工することが必要になれば、生産工程の増大、コストの増大を生ずることになる。しかも、シャフトへの圧入時には、樹脂体の樹脂部に割れ、欠け等を生じさせないよう、かつ、埋め込まれた保持ディスク内周面とシャフトとの導電的な接触を確保するように製造することに多くの困難が伴うものである。
　さらに、特許文献１の図６、図６ａには、樹脂保持体の軸端面に軸ピン部を押し付けて保持ディスク単体をシャフトに嵌合し、かつ、保持ディスク外周面をマイナス側スリップリングの内側に接触させるものと、軸ピンを備える保持ディスクを樹脂保持体に一体に成形したものとの２つのスリップリング装置が示されている。
　樹脂保持体をシャフトに挿入した後、軸ピンを有する保持ディスク単体を嵌め合わせるような構成とした場合、シャフトの止まり穴と保持ディスク部とマイナス側スリップリングとが同心状態になければ、嵌め合わせの機械的強度と電気的な接触状態の確保を両立させることができない。
　このため、嵌合寸法に高い精度が要求されるだけでなく、シャフトに嵌め合わせるマイナス側スリップリングと比べ保持ディスク部の重量マスが大きいため、軸ピンの回動や飛散が生じ易く、回動を防ぐ構成や追加の工程も必要になる。
　また、成形体にされる露出軸ピン部をシャフト止まり穴に嵌合する場合、軸方向に延びる接続導体部と一体に構成されているため、ねじによる固定構造とすることができず、ここでも円筒同士の嵌合の精度が要求されることになる。
　さらに、特許文献１の図７には、板状の接続導体の端部をシャフトに接触させるため、接続導体の端部を露出させるように射出成形型内で保持することが必要になるが、露出面は、周方向の面のみであり、接続導体の保持が困難となり、確実な露出を期待することができない。すなわち、型内の接続導体の他端部は、射出される樹脂圧に押され、安定した位置を保つことができないため、予め保持部を追加構成しておき、樹脂成形体成形後、シャフト圧入面を加工しなければ、接続導体とシャフトとの電気的接触を確保することができず、量産する製品としては現実的でないものとなる。
　この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、回転体としての信頼性や生産性を低下させずに、回転子を支えるベアリングの電蝕を回避し、ベアリングひいては回転子の寿命を低下させない回転電機の回転子を得ることを目的とする。
　この発明による回転電機の回転子は、軸線を中心として回転可能なシャフト、回転子コイルを有し、上記シャフトに固定された回転子本体、上記シャフトの一端に取り付けられ、エンジンの駆動力が伝達されるプーリ、及び一対のスリップリングと、各上記スリップリングと上記回転子コイルとを電気的に接続する一対の接続導体と、上記シャフトの他端に取り付けられ、上記スリップリング及び上記接続導体を保持する絶縁成形体とからなるスリップリング装置を備え、上記絶縁成形体は、一対の上記スリップリングのブラシ摺動面、一対の接続導体の引き出し線接続端部を外周方向に露出させてそれぞれを埋設保持するとともに、上記絶縁成形体に埋設保持された負側のスリップリングあるいは負側の接続導体の少なくとも一方に上記シャフトに向かって延長され、上記シャフトに電気的に接続された突出部を設けたものである。
　また、この発明による回転電機の回転子は、絶縁成形体により一対のスリップリングのブラシ摺動面、一対の接続導体の引き出し線接続端部を外周方向に露出させてそれぞれを埋設保持するとともに、上記絶縁成形体の軸終端部に凹部を形成し、上記凹部において負側の上記スリップリングあるいは負側の上記接続導体の少なくとも一方とシャフトとをはんだ付け接続したものである。
　この発明による回転電機の回転子によれば、負側のスリップリングあるいは負側の接続導体の内周側突出部とシャフトとを電気的に接続することができるため、回転による部品の飛散等不具合を生じることなく、ベアリングの電蝕不具合を確実に安価な構成で回避させることができる。
この発明の実施の形態１に係る回転電機の回転子の全体構造を示す断面図である。 図１における回転子の要部構成を示す斜視図である。 図２おけるベアリングを外した状態の回転子を示す斜視図である。 図３におけるスリップリング装置の軸方向から見た状態を示す正面図である。 図４におけるＡ－Ａ線に沿った断面図である。 実施の形態１に係るブラシ側シャフト部の要部を示す側面図および正面図である。 実施の形態１に係るスリップリング装置を軸方向に破断して示す斜視図である。 スリップリング装置の他の例を示す正面図である。 実施の形態２に係るスリップリング装置の要部構成を示す正面図である。 図９におけるＢ－Ｂ線に沿った断面図である。 図１０におけるスリップリング装置単体を示す断面図および正面図である。 実施の形態２に係るスリップリング装置の要部を示す部分断面図である。 図１０におけるブラシ側シャフト部を示す側面図である。 実施の形態３に係るスリップリング装置を示す正面図である。 図１４におけるＣ－Ｃ線に沿った断面図である。 実施の形態３に係るスリップリング装置の他の例を示す正面図である。 図１６におけるＤ－Ｄ線に沿った断面図である。 実施の形態４に係るスリップリング装置の要部を示す正面図である。 図１８におけるＥ－Ｅ線に沿った断面図である。
　以下、この発明を実施の形態を示す図１～図７に基づいて説明する。
　実施の形態１．
　図１は、この発明の実施の形態１に係る回転電機の回転子の全体構造を示す断面図、図２、図３は、図１における要部構成を示す斜視図、図４は、図３におけるスリップリング装置の軸方向から見た状態を示す正面図、図５は、図４におけるＡ－Ａ線に沿った断面図である。また、図６は実施の形態１に係るスリップリング装置に挿入されるブラシ側シャフト部の要部を示す側面図および正面図、図７は、実施の形態１に係るスリップリング装置を軸方向に破断して示す斜視図である。
　各図において、回転電機１は、環状の固定子（図示せず）と、固定子の内側に配置され、固定子に対して回転可能な回転子２とを有している。固定子及び回転子２は、図示しないハウジングにより支持されている。固定子は、ハウジングに固定された環状の固定子鉄心と、固定子鉄心に設けられた複数の固定子コイルとを有している（いずれも図示せず）。ここでは、回転電機１として車両に搭載される車両用交流発電機が例示されている。
　回転子２は、軸線を中心として回転可能に取り付けられたシャフト３と、シャフト３の中間部に固定された回転子本体４と、回転子本体４から突出したシャフト３の部分に取り付けられたスリップリング装置５と、回転子本体４の軸線方向両端部にそれぞれ設けられた一対のファン６とを有している。このような回転子２は、シャフト３の軸線を中心として固定子に対向して回転駆動される。
　シャフト３は、一対のベアリング７を介してハウジングのベアリング支持部７０に回転可能に支持されている。また、シャフト３は、回転子本体４が固定されたシャフト本体部３１と、シャフト本体部３１の一端部から突出するプーリ側シャフト部３２と、シャフト本体部３１の他端部から突出するブラシ側シャフト部３３とを有している。スリップリング装置５は、ブラシ側シャフト部３３に取り付けられている。
　プーリ側シャフト部３２には、エンジンにベルト（いずれも図示せず）を介して連結されるプーリ８が取り付けられており、エンジンの駆動力がプーリ８に伝わることによってシャフト３が回転駆動されることになる。
　ブラシ側シャフト部３３は、シャフト本体部３１の端面から軸方向に突出する第１のシャフト部（溝形成シャフト部）３３１と、第１のシャフト部３３１の端面からさらに突出する第２のシャフト部３３２とを有している。第２のシャフト部３３２の外径は、第１のシャフト部３３１の外径よりも小さく形成されている。これにより、第１のシャフト部３３１と第２のシャフト部３３２との境界には段差部３３３がシャフト３の周方向に沿って形成されることになる。
　第１のシャフト部３３１の外周面には、一対のシャフト溝３４がシャフト３の軸方向に沿って、シャフト３の周方向に互いに離れて設けられている。また、各シャフト溝３４は、シャフト本体部３１の端面の位置から、第１のシャフト部３３１と第２のシャフト部３３２との境界（段差部３３３）に達し、第１のシャフト部３３１の端面で開放されている。（図６参照）
　回転子本体４は、シャフト本体部３１に固定された回転子鉄心（界磁鉄心）４１と、回転子鉄心４１に設けられた回転子コイル（界磁コイル）４２と、回転子鉄心４１と回転子コイル４２との間に介在し、回転子鉄心４１に対して回転子コイル４２を電気的に絶縁する樹脂製のボビン４３とを有している。
　回転子鉄心４１は、複数の第１の爪状磁極部４１１ａを持つ第１の鉄心部４１１と、複数の第２の爪状磁極部４１２ａを持つ第２の鉄心部４１２とを有し、第１及び第２の鉄心部４１１，４１２は、第１及び第２の爪状磁極部４１１ａ，４１２ａを回転子鉄心４１の周方向へ交互に噛み合わせた状態でシャフト本体部３１にそれぞれ固定されている。従って、回転子２は、いわゆるランデル型回転子となっている。
　回転子コイル４２は、回転子鉄心４１内に形成された空間に配置されている。回転子コイル４２の２本の引き出し線４２ｅは、互いに隣り合う第１の爪状磁極部４１１ａ間の空間から回転子鉄心４１外へ引き出されている。回転子コイル４２には、樹脂（例えばエポキシ樹脂等）が含浸されており、この樹脂は、回転子コイル４２の最外周部を覆うとともに、回転子コイル４２を構成する素線間の隙間及び回転子コイル４２とボビン４３との間の隙間に充填され、これによって回転子鉄心４１に対する回転子コイル４２の電気的絶縁性能及び機械的強度を高めている。
　スリップリング装置５は、一対の金属製（この例では、銅製）のスリップリング５１ａ、５１ｂと、各スリップリング５１ａ、５１ｂと回転子コイル４２とを電気的に接続するための一対の接続導体５２ａ、５２ｂと、ブラシ側シャフト部３３に取り付けられ、各スリップリング５１ａ、５１ｂ及び各接続導体５２ａ、５２ｂを支持する絶縁成形体５３とから構成されている。
　シャフト３を支持する一対のベアリング７のうち一方のベアリング７は、ブラシ側シャフト部３３の端部の外側から圧入されて第１のシャフト部３３１の外周面に嵌められている。
　この絶縁成形体５３は、電気絶縁性を有する樹脂により形成される。また、絶縁成形体５３は、成形型に各スリップリング５１ａ、５１ｂ及び各接続導体５２ａ、５２ｂを配置した後、樹脂を流し込んで硬化させることにより成形されている。さらに、絶縁成形体５３は、第２のシャフト部３３２に嵌められた筒状の成形体本体部５３１と、成形体本体部５３１よりも回転子本体４に近い位置に配置された対向部５３２と、成形体本体部５３１と対向部５３２とをそれぞれ連結し、各シャフト溝３４に個別に収容されている一対の連結部５３３とを有している。
　各スリップリング５１ａ、５１ｂは、成形体本体部５３１を囲んで成形体本体部５３１の外周部に配置され、リング外周面を外部に露出した状態で成形体本体部５３１に埋設されている。また、各スリップリング５１ａ、５１ｂは、シャフト３の軸線方向に互いに離間して成形体本体部５３１に設けられている。各接続導体５２ａ、５２ｂは、各スリップリング５１ａ、５１ｂから、成形体本体部５３１内、連結部５３３内、対向部５３２内を順次通って、対向部５３２の外周面から外部へ引出され、露出端部５４が形成されている。この露出端部５４は、回転子コイル４２の２本の引き出し線４２ｅに個別に接続され、これにより、回転子コイル４２は、各スリップリング５１ａ、５１ｂに電気的に接続されることになる。
　成形体本体部５３１の対向部５３２は、シャフト３を囲む円環状に形成され、露出端部５４を支持するよう構成されている。また、対向部５３２は、第１のシャフト部３３１に嵌合しているベアリング７と回転子本体４との間に配置されている。
　連結部５３３は、成形体本体部５３１の端面からシャフト溝３４内を通って対向部５３２の内周面に連結されている。これにより、第１のシャフト部３３１の外周面に嵌められたベアリング７の内側に各接続導体５２ａ、５２ｂを通すことができ、スリップリング装置５の径方向の寸法を縮小することが可能となる。
　次に、ブラシ側シャフト部３３を示す図６と、スリップリング装置５を示す図５、図７を参照して詳述する。
　一対のスリップリングのうち、負側のスリップリング５１ａには、成形体本体部５３１の内周面から軸中心方向に延長され、成形体本体部５３１から露出された突出部５５が形成されている。この突出部５５に対応して、第２のシャフト部３３２には凹部３５が設けられている。突出部５５の露出面、凹部３５の底面および側面は、それぞれ平坦面とされ、ブラシ側シャフト部３３にスリップリング装置５を嵌め合わせることによって突出部５５とブラシ側シャフト部３３とが接触することになり、これによってシャフト３がスリップリング装置５に電気的に接続されることになる。
　ここで、突出部５５は、図７に示すように、成形体本体部５３１の内周面から段差を有して露出しているため、樹脂射出成形する成形型内で確実に保持させることができ、製品精度を確保させることができる。また、突出部５５の軸終端部には、同様に成形体本体部５３１から延びる突出部５３４が隣接して設けられ、嵌め合わせの際の部品同士の軽微な衝突から突出部５５を保護させることができる。
　回転子２を支持するハウジングには、ブラシ装置９（図１）が取り付けられている。このブラシ装置９は、各スリップリング５１ａ、５１ｂに個別に接触する一対のブラシ９１と、各ブラシ９１を保持するブラシホルダ９２と、各スリップリング５１ａ、５１ｂに接触する方向へ各ブラシ９１を個別に付勢するばね（図示せず）とを有している。回転子２が回転駆動されるとき、各スリップリング５１ａ、５１ｂがブラシ９１に対して摺動される。負側のスリップリング５１ａと接触する一方のブラシ９１は、電気的にハウジングに接続され、アース状態に維持される。
　以上のような回転電機１においては、バッテリ（図示せず）からブラシ９１、スリップリング装置５を通して回転子２の回転子コイル４２へ電流が供給され、第１及び第２の爪状磁極部４１１ａ，４１２ａに磁極（Ｎ極及びＳ極）が形成される。また、回転子２は、プーリ８を介してエンジンの駆動力を受けることによりシャフト３を中心として回転される。これによって、固定子鉄心には、回転子２から回転磁界が与えられ、固定子コイルに起電力を発生させることになる。
　ここで、従来装置と同様に、回転子２の回転に伴い、図示しないベルトとプーリ８との間で静電気が発生することになり、シャフト３や一対のベアリング７が帯電していくことになる。しかしながら、この実施の形態１によれば、負側のスリップリング５１ａとシャフト３とが電気的に接触しているため、ベアリング７を通してベアリング支持部７０に放電するような電荷量が帯電する前に、負側のスリップリング５１ａ、ブラシ９１を通してエネルギーを放出させることが可能となる。すなわち、ベアリング７を構成する内輪７３、転動体７２、外輪７１、ベアリング支持部７０に電流が流れることを回避することができ、電蝕が発生する不具合を防止することができる。
　なお、第２のシャフト部３３２の凹部３５に嵌められる突出部５５は、負側のスリップリング５１ａから連続して構成されており、負側のスリップリング５１ａと一体に絶縁成形体５３に埋設されて保持されているため、回転子２が連続した回転状態にあっても、シャフト３との接触を保った状態を維持させることができる。
　しかも、負側のスリップリング５１ａの突出部５５とシャフト３との接触面は、それぞれ平坦に形成されているため、円周面同士を接触させる場合に比べ、精度を高め易く、接触状態も確保し易い利点がある。
　また、回転体として、図４に示すように、２か所の突出部５５と、２か所の接続導体露出端部５４とを周方向に離間して配置したため、バランスがよく、重心の偏重による不具合を回避することができる。また、接続導体は、回路構成上２か所に設けられるが、突出部５５は、所望の帯電回避効果が得られる形状や大きさを検討すれば、２か所設けなくてもよい。もちろん、場合によっては、３か所以上設けても良い。
　さらに、突出部５５と接続導体露出端部５４とを重心のバランスをとって配置する場合、配置の順序は限定されず、図８に示すように、例えば、突出部５５と、２つの接続導体露出端部５４とを１２０°毎離間して周方向に配置する等が考えられる。この場合の重量バランスは、形状にもよるため、等しいピッチの配置になるとは限らない。
　すなわち、所望の効果、あるいは回転体としてのバランスの良さが得られれば、箇所、周方向の位置は、上記以外で様々なものが可能である。なお、上記の例では、突出部５５を長方形としたが、嵌合に適した他の形状を適宜選択することができる。
　また、車両用交流発電機としてのスリップリング装置５の周辺は、ラビリンス構造やパッキン、オーリング（いずれも図示せず）などによる防水構造が施されており、車両搭載時の被水、被塩水などによる不具合を防止することが一般的に成されている。この防水構造によって上述の帯電を回避する構成に対しても、電気経路部の腐食を進行させる懸念を回避させることができる。
　実施の形態２．
　図９は、この発明の実施の形態２に係るスリップリング装置５をブラシ側シャフト部に装着した状態を示す正面図、図１０は、図９におけるＢ－Ｂ線に沿った断面を示す図、図１１は、図１０におけるスリップリング装置５のみを示した断面図および突出端子部１５３を示す正面図である。また、図１２は、スリップリング装置５の要部を示す断面図、図１３は、ブラシ側シャフト部３３を示す側面図である。
　この実施の形態２においては、負側のスリップリング５１ａに接続された接続導体１５２ａの先端を軸心方向に突出させ、図１２に示すような円環状の端子部１５３を形成したものである。この突出端子部１５３は、板状の接続導体１５２ａを製造する際、一体に形成される。
　このようなスリップリング装置５をブラシ側シャフト部３３に装着させた後、軸終端部からねじ１０をブラシ側シャフト部３３のねじ孔３６に挿入して締め付け、両者を締結する。他の構成は、実施の形態１と同じである。
　このように、接続導体１５２ａに一体に形成された突出端子部１５３をシャフト終端部に締め付け、密接させることによって、接続導体１５２ａに接続された負側のスリップリング５１ａとシャフト３とを電気的に接続することができ、シャフト３や一対のベアリング７において帯電した電荷をブラシ側シャフト部３３、負側のスリップリング５１ａ、ブラシ装置９を通してハウジングに放出することができる。したがって、ベアリング７などの電蝕を防止することができる。
　なお、突出端子部１５３は、シャフト３と電気的な接続を確保できるものであれば、形状等に制約を受けるものではない。また、接続導体１５２ａと一体に絶縁成形体５３に埋設されて保持されているため、実施の形態１と同様に、回転子２が連続した回転状態にあっても、シャフト３との接触を保った状態を維持することができる。
　実施の形態３．
　実施の形態２においては、ねじ１０の締結により突出端子部１５３をシャフト３の終端部に密着させるように構成したが、図１４、図１５に示すように、突出端子部１５３をシャフト３の終端端面にかしめてかしめ部１５４を形成し、これによって突出端子部１５３をブラシ側シャフト部３３に機械的に結合するとともに電気的に接続するように構成することも可能である。この場合、実施の形態２に比べてねじ部品を削減することができるだけでなく、シャフトのねじ孔加工を不要とすることができ、安価な製品を得ることができる。
　また、図１６、図１７に示すように、突出端子部１５３をシャフト３の終端部に溶接により溶接部１５５を形成して密着させることも可能である。この場合、かしめ工具を必要とすることなく、固定を強固なのもとすることができる。
　実施の形態４．
　図１８は、この発明の実施の形態４に係るスリップリング装置をブラシ側シャフト部に装着した状態を示す正面図、図１９は、図１８におけるＥ－Ｅ線に沿った断面図である。
　この実施の形態４においては、負側のスリップリング５１ａを埋設する絶縁成形体５３の先端部に外周の一部を切欠いた凹部を設け、この凹部により負側のスリップリング５１ａの軸方向先端部を露出させて形成し、スリップリング装置５をシャフト３に嵌合した後、この凹部にはんだ１１を施すように構成されている。他の構成は、上述の実施の形態と同じである。
　このように接続導体１５２ａの一部を露出させてシャフト３にはんだ付けすることによって、負側のスリップリング５１ａをシャフト３に電気的に接続させることができる。
　しかも、上述の実施形態に比し、スリップリング５１ａの突出部５５、接続導体１５２ａの突出端子部１５３、１５４、１５５を新しく設計することが不要で、従来のスリップリング５１ａ、接続導体１５２ａをそのままで使用することができる効果も有している。
　また、絶縁成形体５３の凹部の形状、はんだ１１の配置など、図示の例に限られず、適宜選択することが可能なことは言うまでもない。
　なお、上述の各実施の形態においては、車両用交流発電機の回転子を例に説明したが、この発明は、例えば船外機用交流発電機の回転子、交流発電電動機の回転子等各種の回転電機に適用することができる。
　さらに、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

Claims (8)

  1. 　軸線を中心として回転可能なシャフト、
    　回転子コイルを有し、上記シャフトに固定された回転子本体、
    　上記シャフトの一端に取り付けられ、エンジンの駆動力が伝達されるプーリ、及び
    　一対のスリップリングと、各上記スリップリングと上記回転子コイルとを電気的に接続する一対の接続導体と、上記シャフトの他端に取り付けられ、上記スリップリング及び上記接続導体を保持する絶縁成形体とからなるスリップリング装置を備え、
    　上記絶縁成形体は、一対の上記スリップリングのブラシ摺動面、一対の接続導体の引き出し線接続端部を外周方向に露出させてそれぞれを埋設保持するとともに、
    　上記絶縁成形体に埋設保持された負側のスリップリングあるいは負側の接続導体の少なくとも一方に上記シャフトに向かって延長され、上記シャフトに電気的に接続された突出部を設けたことを特徴とする回転電機の回転子。
  2. 　上記シャフトには、上記負側のスリップリングに設けられた上記突出部を収容する凹部が軸線と平行に設けられ、上記突出部および上記凹部の嵌合面を平面で構成したことを特徴とする請求項１に記載の回転電機の回転子。
  3. 　上記負側のスリップリングに設けられた上記突出部は、上記一対の接続導体の引き出し線接続端部と合わせ全体で、軸中心に重心バランスを取った周方向位置に設けられたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の回転電機の回転子。
  4. 　上記負側の接続導体に設けられた上記突出部は、上記シャフトに設けられたねじ孔にねじ締結されたことを特徴とする請求項１に記載の回転電機の回転子。
  5. 　上記負側の接続導体に設けられた上記突出部は、上記シャフトにかしめ固定されたことを特徴とする請求項１に記載の回転電機の回転子。
  6. 　上記負側の接続導体に設けられる上記突出部は、上記シャフトに溶接固定されたことを特徴とする請求項１に記載の回転電機の回転子。
  7. 　軸線を中心として回転可能なシャフト、
    　回転子コイルを有し、上記シャフトに固定された回転子本体、
    上記シャフトの一端に取り付けられ、エンジンの駆動力が伝達されるプーリ、及び
    　一対のスリップリングと、各上記スリップリングと上記回転子コイルとを電気的に接続する一対の接続導体と、上記シャフトの他端に取り付けられ、上記スリップリング及び上記接続導体を保持する絶縁成形体とからなるスリップリング装置を備え、
    　上記絶縁成形体は、一対のスリップリングのブラシ摺動面、一対の接続導体の引き出し線接続端部を外周方向に露出させてそれぞれを埋設保持するとともに、
    　上記絶縁成形体の軸終端部に凹部を形成し、上記凹部において負側の上記スリップリングあるいは負側の上記接続導体の少なくとも一方とシャフトとをはんだ付け接続したことを特徴とする回転電機の回転子。
  8. 　請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の回転電機の回転子を備え、上記回転子のスリップリング装置周辺に形成された防水構造を備えたことを特徴とする回転電機。
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