JP3760959B2 - 発電機 - Google Patents
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Description
【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１０５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。
【００１３】
請求項１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２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１および請求項２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３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４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５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６および請求項７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８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。
【００１７】
請求項９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９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。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
請求項１および請求項２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。
【００２４】
請求項１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。また、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。
【００２５】
請求項２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。また、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３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４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５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６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７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８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。
【００３４】
請求項９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。
【００３７】
請求項９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。
【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。
【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７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サルファイド樹脂（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５２、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５５、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５７、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、５８ｂ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５６ｂ、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４１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。
【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７５、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７１、正極側、負極側冷却フィン７３、７４、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７０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３４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１２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３４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７８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７６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５１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５１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（５７）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３４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。
【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１２１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５３、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５３、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５１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。
【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１００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４８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１０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１１９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１７０ｇｆより徐々に大きくなると、徐々に炭素質刷子１２３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 ／１０００ｈ）が増大していく傾向にあるが、従来の炭素質刷子１２３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
【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１０５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。
【００１３】
請求項１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２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１および請求項２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３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４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５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６および請求項７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８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。
【００１７】
請求項９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９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。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
請求項１および請求項２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。
【００２４】
請求項１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。また、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。
【００２５】
請求項２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。また、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３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４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５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６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７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８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。
【００３４】
請求項９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。
【００３７】
請求項９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。
【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。
【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７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サルファイド樹脂（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５２、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５５、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５７、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、５８ｂ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５６ｂ、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４１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。
【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７５、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７１、正極側、負極側冷却フィン７３、７４、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７０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３４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１２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３４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７８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７６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５１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５１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（５７）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３４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。
【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１２１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５３、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５３、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５１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。
【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１００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４８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１０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１１９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１７０ｇｆより徐々に大きくなると、徐々に炭素質刷子１２３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 ／１０００ｈ）が増大していく傾向にあるが、従来の炭素質刷子１２３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
Claims (9)
- 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、
この固定側刷子を保持する刷子固定部と
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おり、
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。 - 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、
この固定側刷子を保持する刷子固定部と
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おり、
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。 - 請求項１または請求項２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。 - 請求項１または請求項２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。 - 請求項１または請求項２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。 - 請求項１または請求項２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。 - 請求項６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。 - 請求項７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。 - 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おり、
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。
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