JP3536472B2 - 交流発電機 - Google Patents

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、およびこのロータコイルに固定
側刷子から集電環およびコネクションバーを介して給電
する交流発電機に関するもので、特に車両に搭載された
バッテリを充電する車両用オルタネータに係わる。

【０００２】

【従来の技術】従来より、図７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１０
２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１０３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１０４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とを備えた車両用交流発電機１００が
知られている。ここで、ステータ１０５は、ステータコ
ア１１１および三相のステータコイル１１２等からな
る。ロータ１０６は、ランデル型のポールコア１１３お
よびロータコイル１１４等からなり、ロータコイル１１
４の端末線１１５の大部分が絶縁チューブ１１６により
覆われている。

【０００３】そして、集電装置１０７は、２個の集電環
１２０、および２個のコネクションバー１２１等から構
成されている。なお、２個の集電環１２０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と一体的に回転する。また、２個のコネク
ションバー１２１は、ロータコイル１１４の両端末線１
１５にそれぞれ電気的に接続され、且つ２個の集電環１
２０にそれぞれ電気的に接続されている。

【０００４】一方、刷子装置１０８は、２個の固定側刷
子１３１、これらの固定側刷子１３１を保持する刷子ホ
ルダー１３２、および２個の固定側刷子１３１を２個の
集電環１２０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１３３等から構成されている。なお、２個
の固定側刷子１３１は、炭素質部材により作られてい
る。また、２個の固定側刷子１３１は、電圧調整装置１
０２と刷子ターミナル（図示せず）を介して銅線よりな
るピグテール１３４により結線されている。

【０００５】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。

【０００６】

【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、２個の固定側刷子１３
１が摩耗部材であるために予め摩耗を予測した長さを設
定して長寿命化を図る必要があるが、ロータコイル１１
４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、ロータコイル
１１４への励磁電流を制御する電圧調整装置１０２に近
接して刷子ホルダー１３２を設置している。このため、
電圧制御装置１０２と刷子ホルダー１３２とが近接して
配置されていることから、２個の固定側刷子１３１の長
さを大きくするために、刷子ホルダー１３２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、刷子ホルダー１３２と２個の集電環１２０
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１
００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。

【０００７】また、２個の固定側刷子１３１が炭素質部
材で作られていることから、２個の固定側刷子１３１に
おいて２個の集電環１２０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１３３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個の固定側刷子１３１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個の固定側
刷子１３１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。

【０００８】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
板を重ねたものあるいは銅線）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
の段差により固定側刷子に異常摩耗が発生する。このた
め、低電圧で低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低速回転から高速回転まで幅広
い範囲で回転するものには上記の構造は採用されなかっ
た。

【０００９】一方、従来の車両用交流発電機１００にお
いては、図８に示したように、ロータコイル１１４の端
末線１１５とコネクションバー１２１とを、絶縁チュー
ブ１１６より露出した端末線１１５の端部をコネクショ
ンバー１２１の穴部内に差し込んだ後にフュージング溶
接等の抵抗溶接により結線している。また、集電環１２
０とコネクションバー１２１とは、ろう付けにより結線
されている。そして、車両振動や車両用交流発電機１０
０の回転変動により端末線１１５の端部とコネクション
バー１２１との結線部分や、集電環１２０とコネクショ
ンバー１２１との結線部分が共振することにより、それ
らの両結線部分の接続強度が低下することを防止するた
めに、絶縁チューブ１１６の先端部および端末線１１５
とコネクションバー１２１との結線部分を含浸剤（エポ
キシ系樹脂）１２３により覆っている。

【００１０】一方、集電環１２０とコネクションバー１
２１との結線部分は、樹脂質部材（フェノール系樹脂）
で作られ、シャフト１０４の端部外周に圧入または直接
成形される絶縁部材１２４にて覆っている。なお、絶縁
部材１２４は、シャフト１０４の軸方向溝１１７内に設
けられてシャフト１０４と集電環１２０およびコネクシ
ョンバー１２１とを電気的に絶縁している。ところが、
従来の車両用交流発電機１００においては、集電環１２
０とコネクションバー１２１との結線をろう付けにより
行っているので、ろう付け作業のために治具を挿入する
ための大きな作業スペースが必要となるので、集電環１
２０がシャフト１０４の軸方向および径方向に大きくな
らざるをえないという問題が生じている。

【００１１】ここで、米国特許第４４０６９６１号公報
においては、固定側刷子を炭素質部材で作り、集電環も
炭素質部材で作り、ロータコイルの端末線を被覆する絶
縁チューブをシャフトに形成された軸方向溝部内に通し
てロータコイルの端末線と集電環とを直接結線するよう
にした交流発電機が記載されている。そして、集電環と
ロータコイルの端末線とは、集電環に近接した半田層を
利用した半田付けにより結線されている。ところが、集
電環と端末線との結線後の半田層の収縮による集電環の
ガタの発生と柔らかい半田層の耐振動性に不安があり、
さらに半田付けのために端末線と集電環との結線部分の
接続強度が低下するという問題点が生じている。また、
集電環とロータコイルの端末線との結線を半田付けによ
り行っているので、半田付け作業のために半田ごてや治
具を挿入するための大きな作業スペースが必要となるの
で、小型化を図ることができないという問題点が生じて
いる。

【００１２】〔請求項１の目的〕請求項１に記載の発明
の目的は、集電環とコネクションバーとの結線部分が大
きなスペースを占める点に着目して、集電環とコネクシ
ョンバーとの結線を廃止することにより集電環とコネク
ションバーとの結合部分の小型化を図ることのできる交
流発電機を提供することにある。また、集電環のガタの
発生を防止し、集電環とコネクションバーとの結合部分
の耐振動性の不安を解消し、且つ集電環とコネクション
バーとの結合部分の接続強度を長期間維持することので
きる交流発電機を提供することにある。さらに、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する
ことのできる交流発電機を提供することにある。

【００１３】〔請求項２の目的〕請求項２に記載の発明
の目的は、集電環とコネクションバーとの結合部分の接
続強度の低下を抑えて長寿命化することのできる交流発
電機を提供することにある。また、集電環とコネクショ
ンバーとの結合状態を正規な状態に維持することのでき
る交流発電機を提供することにある。

【００１４】〔請求項３の目的〕請求項３に記載の発明
の目的は、送風装置と集電環固定部材を１つの成形型で
一体成形することにより、樹脂質部材の成形型の型数を
低減することができ、且つ送風装置、集電環およびコネ
クションバーを組み付ける際の作業工数を低減すること
のできる交流発電機を提供することにある。

【００１５】〔請求項４の目的〕請求項４に記載の発明
の目的は、コネクションバーのインサート部をリング状
にすることにより、集電環の強度を向上することがで
き、且つ集電環に大きな応力が加わらないようにするこ
とのできる交流発電機を提供することにある。

【００１６】〔請求項５の目的〕請求項５に記載の発明
の目的は、コネクションバーのインサート部の表面に凸
凹を形成することにより、集電環とコネクションバーと
の結合強度を向上することのできる交流発電機を提供す
ることにある。

【００１７】〔請求項６の目的〕請求項６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することので
きる交流発電機を提供することにある。また、固定側刷
子と外部接続端子との接続をバネ鋼の弾性力を利用した
構造にすることにより、ネジ、リベット等の接続部品を
必要とせず、刷子装置を大幅に軽量、小型化することの
できる交流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することの
できる交流発電機を提供することにある。

【００１８】

【課題を解決するための手段】〔請求項１の構成〕 請求項１に記載の発明は、ハウジングの内面に固定され
たステータコアと、このステータコアに巻装されたステ
ータコイルと、前記ステータコアの内周側において前記
ステータコアと相対回転するロータコアと、このロータ
コアに巻装されたロータコイルと、前記ロータコアの中
心部を貫通するシャフトと、このシャフトの外周に設け
られると共に、炭素質部材により作られた集電環と、一
端部に前記ロータコイルが電気的に接続し、且つ他端部
に前記集電環内にインサート成形されるインサート部を
有すると共に、金属質部材により作られたコネクション
バーと、前記集電環の外周を摺動して前記集電環および
前記コネクションバーを介して前記ロータコイルを給電
する固定側刷子を有する刷子装置とを備えた技術手段を
採用した。

【００１９】〔請求項１の作用〕請求項１に記載の発明
によれば、シャフトが回転すると、ロータコアおよびロ
ータコイルもシャフトと一体的に回転する。このとき、
刷子装置の固定側刷子から集電環およびコネクションバ
ーを介してロータコイルが給電されると、ロータコアが
磁化される。このため、回転磁界が発生することによ
り、ロータコアと相対回転するステータコアに巻装され
たステータコイルに誘導起電力が発生して、ステータコ
イルから交流電圧が発電される。

【００２０】〔請求項１の効果〕 請求項１に記載の発明は、集電環へのコネクションバー
の結合を集電環内にコネクションバーのインサート部を
インサート成形することにより行っている。このため、
集電環とコネクションバーとの結線、すなわち、集電環
とコネクションバーとの半田付け等の溶接手段を廃止で
きる。したがって、集電環とコネクションバーとの結合
部分に要するスペースを減少できるので、集電環とコネ
クションバーとの結合部分の小型化を図ることができ
る。

【００２１】そして、集電環内にコネクションバーのイ
ンサート部がインサート成形されていることにより、集
電環のガタの発生を防止でき、集電環とコネクションバ
ーとの結合部分の耐振動性の不安を解消でき、且つ集電
環とコネクションバーとの結合部分の接続強度を長期間
維持することができる。そして、集電環が炭素質部材で
作られていることにより、自己潤滑性を備えるため、集
電環自身の摩擦係数を軽減できる。そして、集電環が炭
素質部材で作られているので、仮に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ロータコイルへの給電を確保
することができる。

【００２２】〔請求項２の構成〕請求項２に記載の発明
は、請求項１に記載の交流発電機に加えて、前記交流発
電機は、前記集電環および前記コネクションバーの大部
分を覆って前記集電環および前記コネクションバーを保
持すると共に、前記シャフトの外周に固定される集電環
固定部材を備え、前記集電環固定部材は、材質として電
気絶縁性の樹脂質部材が使用され、前記集電環および前
記コネクションバーをインサート成形したことを特徴と
する。

【００２３】〔請求項２の作用および効果〕請求項２に
記載の発明によれば、集電環とコネクションバーを電気
絶縁性の樹脂質部材で作られた集電環固定部材にインサ
ート成形することにより、集電環を、集電環固定部材を
用いてシャフトに組み付ける際にコネクションバーも同
時に組み付けることができる。また、集電環とコネクシ
ョンバーとの結合部分を集電環固定部材により覆うこと
ができるので、集電環とコネクションバーとの結合部分
の接続強度の低下を抑えて長寿命化することができる。
さらに、集電環およびコネクションバーとシャフト等の
他の導電部品との電気絶縁を同時に行え、且つ集電環と
コネクションバーとの結合状態を正規な状態に維持する
ことができる。

【００２４】〔請求項３の構成〕請求項３に記載の発明
は、請求項２に記載の交流発電機に加えて、前記交流発
電機は、前記ハウジング内に冷却風を発生させると共
に、前記ロータコアに固定される送風装置を備え、前記
送風装置は、材質として電気絶縁性の樹脂質部材が使用
され、前記集電環固定部材を一体成形したことを特徴と
する。

【００２５】〔請求項３の作用および効果〕請求項３に
記載の発明によれば、送風装置と集電環固定部材を電気
絶縁性の樹脂質部材により一体成形することにより、１
個の成形型で送風装置と集電環固定部材とを作り出すこ
とができるので、成形型の型数を低減できる。また、集
電環固定部材を一体成形した送風装置をロータコアに組
み付ける際に、同時に集電環およびコネクションバーを
シャフトに組み付けることができる。したがって、送風
装置、集電環固定部材、集電環およびコネクションバー
を組み付ける際の作業工数が減少して作業時間が短縮す
ることにより製品価格を低減することができる。

【００２６】〔請求項４の構成〕 請求項４に記載の発明は、請求項２または請求項３に記
載の交流発電機に加えて、前記インサート部が、リング
形状に形成されていることを特徴とする。すなわち、前
記コネクションバーに、前記集電環内にインサート成形
されるリング状のインサート部を設けたことを特徴とす
る。

【００２７】〔請求項４の作用および効果〕 請求項４に記載の発明によれば、集電環固定部材に集電
環およびコネクションバーを樹脂質部材によりインサー
ト成形する際に、樹脂質部材の射出成形圧が集電環に加
わるが、その射出成形圧を集電環内にインサート成形さ
れたリング状のインサート部で受ける。すなわち、樹脂
質部材の射出成形圧を金属質部材で作られたコネクショ
ンバーで受けることにより、金属質部材で作られた集電
環よりも強度が１／１０程度の炭素質部材で作られた集
電環に大きな応力が加わらないようにできる。

【００２８】〔請求項５の構成〕 請求項５に記載の発明は、請求項１ないし請求項４のい
ずれかに記載の交流発電機に加えて、前記コネクション
バーに、前記集電環内にインサート成形されるインサー
ト部を設け、前記インサート部の表面に凸凹を形成した
ことを特徴とする。

【００２９】〔請求項５の作用および効果〕請求項５に
記載の発明によれば、コネクションバーのインサート部
の表面に例えばショットブラスト法またはプレス加工法
等の加工方法により凸凹を形成することにより、コネク
ションバーと集電環との接触面積を増加させて、コネク
ションバーと集電環との接触抵抗を減少させる。このた
め、集電環とコネクションバーとを半田付けやろう付け
等の溶接手段を用いて結線したものと比較して、集電環
とコネクションバーとの結合強度を向上することができ
る。したがって、集電環よりコネクションバーが抜け落
ちることはない。

【００３０】〔請求項６の構成〕請求項６に記載の発明
は、請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の交流発
電機に加えて、前記固定側刷子は、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鋼を材料とし、自己
の弾性力によって前記集電環および外部接続端子と接触
していることを特徴とする。

【００３１】〔請求項６の作用および効果〕請求項６に
記載の発明によれば、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、従来のように摩耗部材
で作った固定側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
を薄くすることができるので、刷子装置を大幅に軽量化
することができ、且つ刷子装置の径方向寸法および軸方
向寸法を短縮できる。また、刷子装置の軸方向寸法を短
縮できるので、集電環の軸方向寸法を短縮できる。した
がって、交流発電機の径方向寸法を縮径化でき、且つ交
流発電機の全軸長を短縮化できるので、交流発電機を軽
量、小型化することができる。そして、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
バネ鋼とすることにより、固定側刷子を大幅に軽量化で
きるので、バネ荷重を低減することができる。これによ
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。

【００３２】そして、固定側刷子が金属質部材で作られ
ていることにより、固定側刷子において集電環の外周に
接触する接触部分の電気抵抗を小さくするために、固定
側刷子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、固定側刷子の温度上昇が抑えられて固定
側刷子の耐久寿命が延びる。一方、固定側刷子の代わり
に集電環を炭素質部材で作っているが、円環状の集電環
のうち固定側刷子に接触する部分は円周方向寸法の一部
であるため、集電環の温度上昇も抑えられて集電環の耐
久寿命が延びる。したがって、交流発電機の長寿命化を
達成することができる。そして、集電環が炭素質部材で
作られているので、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
定した摩耗とロータコイルへの給電を確保することがで
きる。また、固定側刷子を銅合金のバネ鋼で作ることに
より、スプリングが無くても固定側刷子が集電環側に付
勢するため、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、安定したロータコイルへの給電状態
を確保することができる。

【００３３】

【発明の実施の形態】

〔第１実施例の構成〕図１ないし図５はこの発明の発電
機を車両用交流発電機に適用した第１実施例を示したも
ので、図１は車両用交流発電機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。

【００３４】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。

【００３５】〔ハウジングの説明〕次に、ハウジング２
について図１ないし図３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。

【００３６】そして、フロントハウジング１１には、シ
ャフト５のフロント側（先端側）を回転自在に支持する
フロントベアリング１５がボス部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１７が後記する刷子保持
装置５２を介してボス部１８に圧入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。

【００３７】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２４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。

【００３８】〔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。

【００３９】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。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。

【００４０】〔ロータの説明〕次に、ロータ４について
図１および図２に基づいて説明する。このロータ４は、
界磁として働く部分で、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。

【００４１】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。

【００４２】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。こ
の界磁コイル３４は、両端の端末線がコネクションバー
（図示せず）に半田付け等を用いて電気的に接続されて
いる。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。

【００４３】〔シャフトの説明〕次に、シャフト５につ
いて図１および図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。

【００４４】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。

【００４５】〔集電装置の説明〕次に、集電装置６につ
いて図１、図２、図４および図５に基づいて説明する。
ここで、図４は集電装置６と刷子装置８とを示した図
で、図５はコネクションバーとスリップリング（カーボ
ン）との結合状態を示した図である。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３４とを刷
子装置８を通して接続するために使われる２個のスリッ
プリング４１、およびこれらのスリップリング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等から構成されている。

【００４６】２個のスリップリング４１は、本発明の集
電環であって、シャフト５の他端部（後端部、リヤ側端
部）の外周に設けられた円環形状の炭素質集電環であ
る。これらのスリップリング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。これらのスリップリング４
１は、２個のコネクションバー４２をそれぞれインサー
トした状態で焼成されることにより所定の円環形状に成
形される。

【００４７】２個のコネクションバー４２は、プレス加
工により平板形状に形成され、シャフト５の径方向に平
行な径方向部４２１、およびシャフト５の軸方向に平行
で、径方向部４２１の内周側端部（屈曲部）４２２より
後端側に延長された軸方向部４２３等をそれぞれ有して
いる。コネクションバー４２の一端部、つまり径方向部
４２１の外周側端部には、図１および図２に示したよう
に、外側が折曲げられた結線部４２ａが設けられてい
る。この結線部４２ａには、界磁コイル３４の端末線３
４ａが半田付け、ろう付け、フュージング溶接（抵抗溶
接）等の溶接手段により電気的に接合されている。

【００４８】コネクションバー４２の他端部、つまり軸
方向部４２３の後端部には、図４および図５に示したよ
うに、スリップリング４１内にインサート成形されるこ
とによりスリップリング４１に機械的、電気的に接続さ
れるインサート部４２ｂが設けられている。なお、イン
サート部４２ｂの外周面および内周面に、例えばショッ
トブラスト法、ショットピーニング法またはプレス加工
法等の加工方法により凸凹を形成することにより、スリ
ップリング４１とコネクションバー４２との接触面積を
増加させて、スリップリング４１とコネクションバー４
２との接触抵抗を減少させても良い。そして、２個のコ
ネクションバー４２のうち後記する三相整流装置９の直
流出力ターミナル７１に接続される後端側のスリップリ
ング４１にインサート成形されるコネクションバー４２
の軸方向部４２３には、図４に示したように、前端側の
スリップリング４１との干渉を防ぐために折り曲げられ
た逃がし部４２ｃが形成されている。

【００４９】〔送風装置の説明〕次に、送風装置７につ
いて図１および図２に基づいて説明する。この送風装置
７は、電気絶縁性の樹脂質部材で一体成形され、２個の
スリップリング４１と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個のスリップリング４１と２個のコネクションバ
ー４２との結合部分（インサート部４２ｂ）を保護する
端子保護部材でもある。

【００５０】送風装置７は、遠心式ファンを構成する複
数の翼部４３、これらの翼部４３を支持する円環状の支
持板部４４、およびスリップリング４１をインサート成
形した円筒状の集電環固定部４５等から構成されてい
る。支持板部４４は、２個のコネクションバー４２の径
方向部４２１の大部分をインサート成形してポールコア
３３の後端側の側面に固定され、刷子装置８と対向する
対向面（後端面）に嵌合部としての凸部４６を設けてい
る。集電環固定部４５は、本発明の集電環固定部材であ
って、２個のスリップリング４１および２個のコネクシ
ョンバー４２の軸方向部４２３をインサート成形してシ
ャフト５の他端部外周に圧入固定または形成されてい
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）またはナ
イロン樹脂（ＰＢＴ樹脂）等のフェノール系樹脂を使用
することが望ましい。

【００５１】〔刷子装置の説明〕次に、刷子装置８につ
いて図１ないし図４に基づいて説明する。この刷子装置
８は、２個のスリップリング４１の各々の外周を摺動し
て各々と電気的に接続する２個の固定側刷子５１、これ
らの固定側刷子５１を支持固定する刷子保持装置５２、
およびこの刷子保持装置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。

【００５２】２個の固定側刷子５１は、プレス加工のみ
により一体成形され、２個のスリップリング４１を介し
て界磁コイル３４に励磁電流を供給する金属質のブラシ
（金属質刷子）である。これらの固定側刷子５１の材質
としては、金属質部材（例えば銅合金のバネ鋼である燐
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。

【００５３】そして、２個の固定側刷子５１には、２個
のスリップリング４１の各々を囲むように設けられた刷
子基体５５、およびこの刷子基体５５より刷子保持装置
５２側に突出した刷子固定部５６がそれぞれ形成されて
いる。この刷子基体５５から両側には、スリップリング
４１の外周面と接触する２個のアーム５７、５８が延長
されている。２個のアーム５７、５８は、図４に示した
ように、アーム間寸法Ａとスリップリング４１の外径Ｂ
との寸法差（Ｂ−Ａ）の締め代により２個のスリップリ
ング４１へ押圧され、先端部の２個の接触子５７１、５
８１で２個のスリップリング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。

【００５４】２個の接触子５７１、５８１は、各スリッ
プリング４１の外周面を摺動する摺動部分で、自己のバ
ネ特性により各スリップリング４１との接触圧を確保し
ている。これらの接触子５７１、５８１の軸方向の両側
からは、４個の延長片（飛び出し部）５７ａ、５７ｂ、
５８ａ、５８ｂが突き出している。４個の延長片５７
ａ、５７ｂ、５８ａ、５８ｂは、スリップリング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５７１、５８１の軸方向に対して外側
に反った形状（面取り形状）に形成されている。

【００５５】刷子固定部５６は、固定側刷子５１の材質
として銅合金のバネ鋼を使用していることから、つまり
バネ鋼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、機械的に固定されている。
このため、この実施例の刷子固定部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。

【００５６】すなわち、刷子固定部５６は、図４に示し
たように、刷子基体５５より軸方向に突出した突出片５
６ａ、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、刷子固定部
５６は、接続ターミナル５３、５４の先端部が突出片５
６ａ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５６ｂ、５６ｃとの間で接
続ターミナル５３、５４の先端部を挟持する。

【００５７】刷子保持装置５２は、２個の固定側刷子５
１を保持固定する刷子（ブラシ）ホルダーのことで、電
気絶縁性の樹脂質部材（例えばＰＰＳ樹脂等）よりな
る。この刷子保持装置５２は、刷子保持部（ブラシホル
ダー部とも言う）５９、この刷子保持部５９の内周側に
設けられた円筒状の軸受保持部（ベアリングホルダー部
とも言う）６０、刷子保持部５９の前端側より軸方向へ
延長された円筒状の延長部（集電環筒状被覆部、スリッ
プリングカバー部とも言う）６１、および後記する電圧
調整装置１０のケーシング６２を一体成形している。

【００５８】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の各々の先端部を突出した状態で接続ターミナル５
３、５４を保持している。軸受保持部６０は、リヤハウ
ジング１２のボス部１８内に圧入され、内周側にリヤベ
アリング１７が圧入によって固定されている。

【００５９】延長部６１は、送風装置７と共に、２個の
スリップリング４１と２個の固定側刷子５１との摺動部
分の周囲を覆っている。この延長部６１は、送風装置７
の支持板部４４と対向する対向面（前端面）に、支持板
部４４の凸部４６に嵌め合わされる被嵌合部としての凹
部６３を形成している。

【００６０】このため、刷子保持装置５２の凹部６３
は、支持板部４４の凸部４６との間に断面形状が略Ｕ字
形状のラビリンスシール６４が形成される。このラビリ
ンスシール６４は、全周切れ目なく円環状に形成されて
いる。したがって、２個のスリップリング４１と２個の
固定側刷子５１との摺動部分が存する円筒状空隙は、送
風装置７および刷子保持装置５２により気密的にシール
されることになる。

【００６１】接続ターミナル５３は、本発明の外部接続
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の励磁電流出力端子（図示せず）と一体的に
設けられた給電端子である。接続ターミナル５４は、刷
子装置８の外部接続端子であって、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。なお、接続ターミナル５３、５４の先端
部は、図１に示したように、刷子固定部５６の突出片５
６ａと係止片５６ｂ、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。また、接続ターミナル
５３、５４は、アルミニウム合金や銅合金等の金属質部
材により製作されている。

【００６２】〔三相整流装置の説明〕次に、三相整流装
置９について図２および図３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。

【００６３】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。

【００６４】正極側冷却フィン７３は、負極側冷却フィ
ン７４と共に刷子保持装置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。

【００６５】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。

【００６６】３個の正極側、負極側ダイオード７５、７
６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個の正極側、負極側ダイオード７５、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７
１、正極側、負極側冷却フィン７３、７４、３個の正極
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。

【００６７】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。

【００６８】〔電圧調整装置の説明〕次に、電圧調整装
置１０について図２および図３に基づいて説明する。こ
の電圧調整装置１０は、本発明の通電制御回路であっ
て、励磁電流出力端子等の各種外部接続端子（図示せ
ず）、集積回路（図示せず）およびケーシング６２等か
ら構成されたＩＣレギュレータである。励磁電流出力端
子は、電圧調整装置１０の外部接続端子であって、前述
したように銅合金等の金属質部材により接続ターミナル
５３と一体成形され、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２個の固定側刷子５１
に機械的に接続されている。

【００６９】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。

【００７０】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）により刷子保持装置５２と一
体成形され、リヤハウジング１２に固定ねじ６５により
締結固定される複数のブラケット６６を有している。こ
れにより、ケーシング６２は、刷子保持装置５２および
２個の固定側刷子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。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。

【００７１】〔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５に基づいて簡単
に説明する。

【００７２】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の一体的にポールコ
ア３３、界磁コイル３４および２個のスリップリング４
１が回転する。

【００７３】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→刷子基体５５→スリップリ
ング４１→一方のコネクションバー４２→界磁コイル３
４→他方のコネクションバー４２→刷子基体５５→接続
ターミナル５３（励磁電流出力端子）→電圧調整装置１
０→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。

【００７４】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。

【００７５】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。

【００７６】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に固定された複数の翼部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。

【００７７】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複数の翼部４３の冷却
風によって直接冷却される。

【００７８】また、３個の正極側、負極側ダイオード７
５、７６で発生した熱は、正極側、負極側冷却フィン７
３、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。

【００７９】なお、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
物が侵入すると、スリップリング４１と固定側刷子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、刷子保持装置５２の軸受保持部６０によって
スリップリング４１と固定側刷子５１との摺動部分が存
する円筒状空隙のリヤフレーム１２側がシールされてい
る。

【００８０】さらに、刷子保持部５９および延長部６１
によって円筒状空隙の外周側がシールされ、支持板部４
４の凸部４６と刷子保持装置５２の凹部６３との間のラ
ビリンスシール６４によって円筒状空隙のポールコア３
３側がシールされている。これによって、スリップリン
グ４１と固定側刷子５１との摺動部分で発生する磨耗粉
がハウジング２内に飛散することが防止できる。

【００８１】また、水や埃等の異物がハウジング２内に
侵入しても、送風装置７と刷子保持装置５２とで囲まれ
た空間内、すなわち、スリップリング４１と固定側刷子
５１との摺動部分が存する円筒状空隙内に水や埃等の異
物が侵入することを防ぐこともできる。

【００８２】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個のスリップリング４１と刷子保持装置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個の固定側刷子５１とが高速回転で摺動して摩耗す
る。

【００８３】しかるに、２個のスリップリング４１で作
られているので、自己潤滑性を備えている。すなわち、
スリップリング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１２０と比較してス
リップリング４１の摩耗量が大幅に軽減される。

【００８４】また、２個の固定側刷子５１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
の固定側刷子５１の摩耗量が大幅に軽減される。したが
って、２個のスリップリング４１および２個の固定側刷
子５１の耐久寿命を長期化することができる。

【００８５】〔実施例の効果〕以上のように、この実施
例の車両用交流発電機１は、スリップリング４１へのコ
ネクションバー４２の結合をスリップリング４１内にイ
ンサート部４２ｂをインサート成形することにより行っ
ている。このため、半田付けやろう付け等の溶接手段を
用いた結線を廃止できる。したがって、スリップリング
４１とコネクションバー４２との結合部分に要する作業
スペースを小さくすることができるので、スリップリン
グ４１とインサート部４２ｂとの結合部分の小型化を図
ることができる。

【００８６】そして、スリップリング４１にコネクショ
ンバー４２をインサート成形することにより、スリップ
リング４１のガタの発生を防止でき、スリップリング４
１とインサート部４２ｂとの結合部分の耐振動性の不安
を解消できる。さらに、スリップリングとロータコイル
の端末線とを半田付けにより結線した従来装置（米国特
許第４４０６９６１号公報）と比較して、スリップリン
グ４１とインサート部４２ｂとの結合部分の接続強度を
長期間維持することができる。

【００８７】次に、集電環固定部４５にスリップリング
４１とコネクションバー４２をインサート成形した場合
の効果について説明する。集電環固定部４５をシャフト
５の外周に圧入固定または形成することにより、スリッ
プリング４１をシャフト５に組み付けることができ、さ
らにスリップリング４１と同時にコネクションバー４２
もシャフト５の外周に組み付けることができる。また、
スリップリング４１とコネクションバー４２のインサー
ト部４２ｂとの結合部分を集電環固定部４５により覆う
ことができるので、スリップリング４１とインサート部
４２ｂとの結合部分の接続強度の低下を抑えて長寿命化
することができる。さらに、スリップリング４１および
コネクションバー４２とシャフト等の他の導電部品との
電気絶縁を同時に行え、且つスリップリング４１とイン
サート部４２ｂとの結合状態を正規な状態に維持するこ
とができる。

【００８８】次に、送風装置７および刷子保持装置５２
によるシール性能について説明する。上記のように、ロ
ータ４がステータ３内を回転すると、２個のスリップリ
ング４１および２個の固定側刷子５１からは、両者の摺
動による摩耗粉が発生して、ハウジング２内の電気部品
（例えば三相整流装置９の電気部品、電圧調整装置１０
の電子部品、三相のステータコイル３２および界磁コイ
ル３４等）に付着して、絶縁劣化やアース不良等の不具
合をもたらす可能性がある。

【００８９】一方、車両の走行時に車両用交流発電機１
が被水した時、ハウジング２内に浸入した水が、２個の
スリップリング４１および２個の固定側刷子５１に触れ
ると、これらのスリップリング４１および固定側刷子５
１を異常摩耗させて、車両用交流発電機１の寿命を縮め
る可能性がある。しかるに、この実施例の車両用交流発
電機１は、ロータ４のスリップリング４１を送風装置７
に樹脂質部材によりインサート成形し、送風装置７の支
持板部４４と刷子保持装置５２の延長部６１との互いの
対向面に形成した凸部４６と凹部６３で円環状のラビリ
ンスシール６４を設けている。また、刷子保持装置５２
の刷子保持部５９と軸受保持部６０とを樹脂質部材によ
り一体成形し、リヤベアリング１７を刷子保持装置５２
に一体的に組み込むことにより、従来の刷子ホルダー１
３２とリヤハウジング１０９との間に形成される隙間を
なくしている。

【００９０】したがって、２個のスリップリング４１と
２個の固定側刷子５１との摺動部分が存する円筒状空隙
は、前端側（ポールコア３３の後端壁側）がラビリンス
シール６４により気密化（シール）され、外周側が刷子
保持装置５２の延長部６１により気密化（シール）さ
れ、後端側（リヤハウジング１２の側壁側）が刷子保持
装置５２の刷子保持部５９および軸受保持部６０により
気密化（シール）されることになる。この結果、２個の
スリップリング４１と２個の固定側刷子５１と摺動によ
り発生する摩耗粉が円筒状空隙より外部に飛散しないた
め、ハウジング２内の電気部品（例えば三相整流装置９
の電気部品、電圧調整装置１０の電子部品、三相のステ
ータコイル３２および界磁コイル３４等）に付着して絶
縁劣化やアース不良等の不具合を回避することができ
る。

【００９１】また、ハウジング２内に侵入した水や埃等
の異物が、２個のスリップリング４１と２個の固定側刷
子５１との摺動部分が存する円筒状空隙内に侵入するこ
とを妨げることができるため、２個のスリップリング４
１および２個の固定側刷子５１の異常摩耗を抑えること
ができる。すなわち、２個のスリップリング４１および
２個の固定側刷子５１を外部から侵入する水や埃等の異
物から保護することができるので、２個のスリップリン
グ４１および２個の固定側刷子５１を長寿命化できる。
これにより、車両用交流発電機１を長寿命化できる。

【００９２】次に、刷子保持装置５２の刷子保持部５９
と軸受保持部６０を一体化した場合の効果について説明
する。上記のように、シール性の効果以外に、リヤベア
リング１７（シャフト５の後端部）を保持する軸受保持
部６０と固定側刷子５１を接続ターミナル５３、５４を
介して保持する刷子保持部５９とを樹脂質部材により一
体成形することにより、刷子保持部５９と軸受保持部６
０との位置関係が一定となり、リヤベアリング１７と軸
受保持部６０との組付け誤差および刷子保持部５９と軸
受保持部６０との組付け誤差によるシャフト５の軸芯ず
れをなくすことができる。

【００９３】次に、刷子保持装置５２の刷子保持部５９
と電圧調整装置１０のケーシング６２とを一体化した場
合の効果について説明する。刷子保持部５９とケーシン
グ６２とは、従来より樹脂質部材よりなる樹脂成形品で
あり、両者を一体成形することにより、成形型の型数を
低減することができる。また、刷子保持部５９とケーシ
ング６２とを別体で製作すると、刷子装置８の接続ター
ミナル５３と電圧調整装置１０の励磁電流出力端子とを
電気的に結合するためにねじ締めや溶接等のスペースが
必要となり、刷子装置８および電圧調整装置１０が大型
化してしまう。しかし、この実施例の車両用交流発電機
１では、ねじ締めや溶接等のスペースが必要がないの
で、刷子装置８および電圧調整装置１０の小型化を図る
ことができる。したがって、車両用交流発電機１の小型
化を図ることができる。

【００９４】次に、送風装置７の複数の翼部４３および
支持板部４４と集電環固定部４５とを一体化した場合の
効果について説明する。送風装置７の複数の翼部４３お
よび支持板部４４と集電環固定部４５とを電気絶縁性の
樹脂質部材により一体成形することにより、１個の成形
型で送風装置７と集電環固定部４５とを作り出すことが
できるので、成形型の型数を低減できる。また、送風装
置７および集電環固定部４５をポールコア３３の後端面
およびシャフト５の後端部外周に圧入固定する際に、同
時にスリップリング４１とコネクションバー４２のシャ
フト５への組付作業も行うことができる。したがって、
これらをロータ４に組み付ける際の作業工数を減少でき
るので、作業時間が短縮することにより車両用交流発電
機１の製品価格を低減することができる。

【００９５】次に、車両用交流発電機１の固定側刷子と
して２個の固定側刷子５１を使用した場合の効果につい
て説明する。従来のように固定側刷子１３１として炭素
質部材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固定
側刷子１３１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、固定側刷子１３１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。

【数１】耐振動∝｛（ｋ×バネ荷重）／（固定側刷子重
さ）｝＋｛スプリング重さ｝

【００９６】上記の数１の式から、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。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固定側刷子５
１を使用し、この固定側刷子５１の材質として銅合金の
バネ鋼（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、固定側刷子５１の重量を大幅に軽量化
している。

【００９７】これにより、固定側刷子５１のバネ荷重を
従来の固定側刷子１３１と比較して大幅に低減できるの
で、固定側刷子５１の摩耗量が大幅に低減でき、且つ固
定側刷子５１の振動による不具合を抑制できることによ
り固定側刷子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。

【００９８】また、図３および図４に示したように、固
定側刷子５１の形状を略半円弧形状に形成し、しかもス
リップリング４１を２個の接触子５７１、５８１で挟み
込むようにすることにより、固定側刷子５１がスリップ
リング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
固定される刷子固定部５６にその接触圧の力が加わらな
い構造となる。そして、固定側刷子５１の刷子基体５５
がスリップリング４１より剥離し易い方向、つまりスリ
ップリング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５７１（５８１）と剥離しない接触
子５８１（５７１）とが存在することにより、固定側刷
子５１とスリップリング４１との電気的な接続が維持さ
れ、界磁コイル３４に安定した励磁電流を流すことがで
きる。

【００９９】さらに、図１に示したように、固定側刷子
５１の２個のアーム５７、５８の先端部に設けられた接
触子５７１、５８１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５７１、５８１が軸方向に滑らかに移動する
ことができるので、固定側刷子５１をスリップリング４
１の外周に組付けたり、固定側刷子５１をスリップリン
グ４１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。

【０１００】また、従来のように金属質部材で製作され
た集電環１２０の場合には、集電環１２０とコネクショ
ンバー１２１との半田付けやろう付け等の溶接および集
電環１２０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、長寿命化のために集電環１２０の材料であ
る金属質部材の硬さ向上はできないという問題が生じて
いた。しかるに、本発明の固定側刷子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４の形状に
成形加工できるので、固定側刷子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、固定側刷子５１の長寿命化を達成で
きる。

【０１０１】次に、固定側刷子５１の固定方法（支持構
造）による効果について説明する。固定側刷子５１の刷
子固定部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刷子保持
装置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、固定側刷子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。

【０１０２】接続ターミナル５３、５４と刷子固定部５
６の固定方法としては、溶接、かしめ等どのような固定
方法を用いることができるが、固定側刷子５１の材質が
銅合金のバネ鋼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４参照）による固
定方法が最適である。

【０１０３】次に、スリップリング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、固定側刷子１３１の材質が炭
素質部材（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、図６に示したよう
に、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１０２を刷子装置１０８の近傍に配置して
いる。このため、車両用交流発電機１００の体格の縮小
化ができず、車両用交流発電機１００のコンパクト化の
妨げとなっている。

【０１０４】しかるに、固定側刷子５１を金属質部材で
製作することにより、固定側刷子５１が摩耗し難くなる
ので、従来の摩耗部材で作った刷子本体（炭素質刷子）
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５１を極めて薄くす
ることができる。すなわち、固定側刷子５１を薄板弾性
材により製作できるので、固定側刷子５１および刷子保
持装置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、図２に示したよ
うに、固定側刷子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の体格を縮径化で
き、且つ軸方向寸法（全軸長）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。

【０１０５】また、本発明のように、スリップリング４
１を炭素質部材で製作して、スリップリング４１自身の
自己潤滑性（摩擦係数の軽減）、および固定側刷子５１
との接触確率が大幅に少なくなることにより、従来の集
電環１２０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、固定側刷子５１
の軽量化のために固定側刷子５１のバネ荷重が低減する
ことによりスリップリング４１の摩耗量を更に低減する
ことができるので、スリップリング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。

【０１０６】そして、固定側刷子５１が金属質部材で製
作されていることにより、固定側刷子５１においてスリ
ップリング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、固定側刷子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、固定側刷子
５１の温度上昇が抑えられて固定側刷子５１の耐久寿命
が延びる。一方、スリップリング４１を炭素質部材で製
作しているが、円環状のスリップリング４１のうち固定
側刷子５１に接触する部分は円周方向寸法の一部である
ため、スリップリング４１の温度上昇も抑えられてスリ
ップリング４１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。

【０１０７】そして、スリップリング４１が炭素質部材
で製作されていることにより、固定側刷子５１を金属質
部材で製作して、その固定側刷子５１をスリップリング
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。

【０１０８】〔第２実施例〕図６はこの発明の第２実施
例を示したもので、コネクションバーをスリップリング
にインサート成形した状態を示した図である。この実施
例では、コネクションバー４２の軸方向部４２３に設け
られるインサート部４２ｂをリング形状にしている。ま
た、スリップリング４１には、軸方向部４２３が突出す
る部分の肉厚を厚くしている。したがって、スリップリ
ング４１とコネクションバー４２とは、第１実施例より
も接触面積がかなり増加しており結合強度が向上してい
る。

【０１０９】また、集電環固定部４５にスリップリング
４１およびコネクションバー４２を樹脂質部材によりイ
ンサート成形する際に、樹脂質部材の射出成形圧（例え
ばＰＰＳ樹脂の場合は３ｋｇｆ／ｃｍ² 、ＰＢＴ樹脂の
場合は３ｋｇｆ／ｃｍ² ）がスリップリング４１に加わ
るが、その射出成形圧をスリップリング４１内のリング
状のインサート部４２ｂで受ける。すなわち、樹脂質部
材の射出成形圧を金属質部材で作られたコネクションバ
ー４２のリング状のインサート部４２ｂで受けることに
より、金属質部材で製作されたスリップリング（集電
環）よりも強度が１／１０程度の炭素質部材で製作され
たスリップリング４１に大きな応力が加わらないように
できる。なお、インサート部４２ｂの外周面および内周
面に、例えばショットブラスト法、ショットピーニング
法またはプレス加工法等の加工方法により凸凹を形成す
ることにより、スリップリング４１とインサート部４２
ｂとの接触面積を増加させて、スリップリング４１とイ
ンサート部４２ｂとの接触抵抗を減少させても良い。

【０１１０】〔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ベルト式無断変速機等の伝動手段を連結
しても良い。さらに、シャフト５を水車、風車あるいは
電動モータにより回転駆動しても良い。

【０１１１】この実施例では、スリップリング４１の材
質として炭素質部材（例えば銅合金の発泡骨格金属を金
属母体として形成した炭素粉末、天然黒鉛、電気黒鉛ま
たは金属黒鉛等）を使用したが、スリップリング４１の
材質としてカーボン単体よりも高強度で且つ導電率（導
電性）が高い金属粉末を使用しても良い。なお、この場
合でも、固定側刷子５１の材質として金属質部材（例え
ば銅合金のバネ鋼である燐青銅またはベリリウム銅等）
を使用する。

【０１１２】また、固定側刷子（ブラシ）として炭素粉
末、天然黒鉛、電気黒鉛または金属黒鉛等よりなる炭素
質刷子を利用しても良い。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。

【０１１３】この実施例では、複数の翼部４３、これら
の支持する支持板部４４およびスリップリング（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、複数の翼部４３または支持板部４４を金
属質部材で製作して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。

【０１１４】この実施例では、刷子保持装置（ブラシホ
ルダー）５２と電圧調整装置（レギュレータ）１０のケ
ーシング６２と軸受保持部（ベアリングホルダー部）６
０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、刷子保持装置５２および電圧調
整装置１０のみ一体成形しても良い。

【０１１５】この実施例では、送風装置７の複数の翼部
４３および支持板部４４で遠心式ファンを構成したが、
送風装置の複数の翼部および支持板部で軸流式ファンを
構成しても良い。なお、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の前端側に集
電装置６、送風装置７および刷子装置８を設けても良
い。

【図面の簡単な説明】

【図１】車両用交流発電機の主要部構造を拡大した断面
図である（第１実施例）。

【図２】車両用交流発電機の全体構造を示した断面図で
ある（第１実施例）。

【図３】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平面図である
（第１実施例）。

【図４】集電装置と刷子装置を示した斜視図である（第
１実施例）。

【図５】スリップリングとコネクションバーとの結合状
態を示した斜視図である（第１実施例）。

【図６】スリップリングとコネクションバーとの結合状
態を示した斜視図である（第２実施例）。

【図７】従来の車両用交流発電機を示した断面図である
（従来例）。

【図８】従来の車両用交流発電機の集電装置を示した斜
視図である（従来例）。

【符号の説明】

１ 車両用交流発電機 ２ ハウジング ５ シャフト ６ 集電装置 ７ 送風装置 ８ 刷子装置 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 スリップリング（集電環） ４２ コネクションバー ４２ｂ インサート部 ４５ 集電環固定部（集電環固定部材） ５１ 固定側刷子 ５２ 刷子保持装置 ５３ 接続ターミナル（外部接続端子）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭53−101991（ＪＰ，Ａ) 実開 昭56−102972（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭56−149563（ＪＰ，Ｕ) 米国特許4406961（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H02K 13/00 H01R 39/00 H02K 19/22

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】（ａ）ハウジングの内面に固定されたステ
   ータコアと、 （ｂ）このステータコアに巻装されたステータコイル
   と、 （ｃ）前記ステータコアの内周側において前記ステータ
   コアと相対回転するロータコアと、 （ｄ）このロータコアに巻装されたロータコイルと、 （ｅ）前記ロータコアの中心部を貫通するシャフトと、 （ｆ）このシャフトの外周に設けられると共に、炭素質
   部材により作られた集電環と、 （ｇ）一端部に前記ロータコイルが電気的に接続し、且
   つ他端部に前記集電環内にインサート成形されるインサ
   ート部を有すると共に、金属質部材により作られたコネ
   クションバーと、 （ｈ）前記集電環の外周を摺動して前記集電環および前
   記コネクションバーを介して前記ロータコイルを給電す
   る固定側刷子を有する刷子装置とを備えた交流発電機。
2. 【請求項２】請求項１に記載の交流発電機において、 前記交流発電機は、前記集電環および前記コネクション
   バーの大部分を覆って前記集電環および前記コネクショ
   ンバーを保持すると共に、前記シャフトの外周に固定さ
   れる集電環固定部材を備え、 前記集電環固定部材は、材質として電気絶縁性の樹脂質
   部材が使用され、 前記集電環および前記コネクションバーをインサート成
   形したことを特徴とする交流発電機。
3. 【請求項３】請求項２に記載の交流発電機において、 前記交流発電機は、前記ハウジング内に冷却風を発生さ
   せると共に、前記ロータコアに固定される送風装置を備
   え、 前記送風装置は、材質として電気絶縁性の樹脂質部材が
   使用され、 前記集電環固定部材を一体成形したことを特徴とする交
   流発電機。
4. 【請求項４】請求項２または請求項３に記載の交流発電
   機において、前記インサート部は、リング形状に形成されてい ること
   を特徴とする交流発電機。
5. 【請求項５】請求項１ないし請求項４のいずれかに記載
   の交流発電機において、 前 記インサート部の表面には、凸凹が形成されたことを
   特徴とする交流発電機。
6. 【請求項６】請求項１ないし請求項５のいずれかに記載
   の交流発電機において、 前記固定側刷子は、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鋼を材料とし、自己の弾性力によっ
   て前記集電環および外部接続端子と接触していることを
   特徴とする交流発電機。