JP4479799B2 - 車両用交流発電機 - Google Patents

Description

本発明は、自動車やトラック等に搭載される車両用交流発電機に関する。

従来から知られている一般的な車両用交流発電機は、固定子とその内周側に対向配置された回転子がハウジングに収容されており、回転子には回転に伴い冷却風を発生させる冷却ファンが固定されている。この冷却ファンによって回転軸の回転に伴い冷却風を発生させ、ハウジングに設けられた吐出窓から冷却風を排出する構造になっている。また、回転軸には回転軸と一体に回転するスリップリングが固定されており、このスリップリングに摺接するブラシを収納するブラシホルダや、ブラシを含む電気部品を覆うリアカバーなどが備わっている。

このような従来の車両用交流発電機について、昇温によるブラシ摩耗を抑制するために、通風経路の確保およびブラシへの被水の防止を図る必要があり、ブラシホルダ端面に複数の屈曲部を有する迷路状の溝形状を付加させるもの（例えば、特許文献１参照。）や、ブラシホルダとリアカバー間に冷却風経路を有するシール部材を配置させるもの（例えば、特許文献２参照。）、シール部材の冷却風通路が複数の屈曲部を有する迷路状のもの（例えば、特許文献３参照。）、ブラシホルダに形成される凹部へスリップリングカバーの一部を挿入することで迷路構造としたもの（例えば、特許文献４参照。）、外部からスリップリングのブラシ摺動部へ連通する第１の吸排気口とブラシ収納部に直接的に連通する第２の吸排気口を備えてブラシ摺動部近傍の吸排気を行うもの（例えば、特許文献５参照。）などが提案されている。
実開昭５８−５１６６３号公報（第１頁、図１−６） 特公平７−３２５７１号公報（第３−５頁、図１−１３） 特開平５−１９９７０１号公報（第３−５頁、図１−１３） 特開２０００−１３９０５８号公報（第３−５頁、図１−１０） 特開２００６−３４０４６７号公報（第４−６頁、図１−８）

ところで、ブラシ粉を排除する上では特許文献５の構造が有効であると考えられるが、この構造では、ブラシとブラシ収納部の微小隙間に通気させる必要があり、ブラシ冷却およびブラシ磨耗粉を排除する通気風量が低下したり、あるいは、この通気風量を確保するために給排気装置の容量を大きくしなければならないという問題点がある。対策として、ブラシとブラシ収納部の隙間を大きくして通風抵抗を減少させることも考えられるが、ブラシの摺動時のガタが大きくなり、ブラシ磨耗増加やブラシ摺動音悪化を引き起こすことにつながるため好ましくない。また、別な課題として、特許文献５の構造では、後方側のブラシ収納部のみに通気させる構造であり、冷却性の違いによって、後方側ブラシに対して前方側ブラシの寿命が短くなり、思ったほどのブラシ寿命向上が図れないという問題があった。

本発明は、このような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、ブラシ冷却およびブラシ粉を排除する通気風量を増加させることができ、一対のブラシの冷却性を均等化することでブラシ寿命向上およびブラシ粉排除性向上を図ることができる車両用交流発電機を提供することにある。

上述した課題を解決するために、本発明の車両用交流発電機は、回転軸に設けられ回転軸と一体に回転するスリップリングと、スリップリングに摺接するブラシを収納するブラシホルダと、ブラシホルダに固定される接続ターミナルと、ブラシと接続ターミナルを電気的に接続するブラシリードと、ブラシホルダとともにスリップリングの外周部を覆うスリップリングカバーとを備えており、ブラシホルダには、ブラシを収納するブラシ収納部と、ブラシ収納部と連通してブラシリードを収納するブラシリード収納部とが形成されているとともに、ブラシリード収納部に直接的に連通して、ブラシ摺動部近傍の内部空間に対する吸排気経路となる第１の通気穴が形成されている。

これにより、ブラシとブラシ収納部の微小隙間と比較して大きな通風経路を形成することができるため、ブラシ摺動部の冷却およびブラシ粉を排除する通気風量を格段に増やすことができる。また、外部からの通気によって、ブラシに電気的に接続されるブラシリードを直接冷却することによってブラシ本体の温度上昇を抑制できるばかりでなく、接続ターミナルの温度上昇の抑制によって接続ターミナルが固定されているブラシホルダの温度上昇も抑制できるため、結果的にブラシ温度が格段に低減でき、ブラシ寿命向上を図ることができる。

また、上述したブラシ収納部およびブラシリード収納部は、正極側および負極側で個々に形成されており、ブラシリード収納部のそれぞれに直接的に連通して、ブラシ摺動部近傍の内部空間に対する吸排気経路となる一対の第１の通気穴が形成されていることが望ましい。これにより、後方側のブラシとともに前方側のブラシについても、十分な通気風量を確保するこができ、前方側および後方側の両方のブラシについてブラシ寿命向上を図ることができる。

また、上述した一対の第１の通気穴は、互いに異なる開口面積で形成されていることが望ましい。これにより、前方側ブラシと後方側ブラシの配置場所の違いによる温度差を、開口面積を変えることで通気風量を容易に調整して均等化することができ、ブラシ寿命向上を図ることができる。

また、上述したブラシホルダのスリップリング周接部に直接的に連通する第２の通気穴が形成されていることが望ましい。また、上述したブラシを含む電気部品を被うリアカバーを備え、リアカバーの端面には、軸方向に突設され、第１の通気穴に連通する円筒部が形成されていることが望ましい。あるいは、上述したブラシを含む電気部品を被うリアカバーを備え、リアカバーの端面には、軸方向に突設され、第１の通気穴と第２の通気穴のそれぞれに連通する二つの円筒部が形成されていることが望ましい。これにより、簡単な構造によって外部から直接的にブラシ摺動部への吸排気が可能となり、格段にブラシ寿命向上およびブラシ粉排除性向上を図ることができる。

また、上述した円筒部は、中間部材を介して車両側の吸排気装置に接続されていることが望ましい。これにより、吸排気装置の作動に伴って確実な通気およびブラシ粉排出が可能になり、例えば冠水状態の使用環境においても異物侵入防止と環境性向上の効果を得ることが可能になる。

以下、本発明を適用した一実施形態の車両用交流発電機について、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、一実施形態の車両用交流発電機の断面図である。また、図２は一実施形態の車両用発電機の要部の拡大断面図である。

図１に示すように、本実施形態の車両用交流発電機１は、電機子巻線２３が巻装された固定子２と、固定子２の内周側に対向配置されて界磁巻線３１が巻装された回転子３と、回転子３の軸方向両端面に固定されて回転子３の回転に伴って冷却風を発生させる冷却風発生手段としての冷却ファン３５、３６と、固定子２および回転子３を保持するフロント側ハウジング４ａおよびリア側ハウジング４ｂと、界磁巻線３１に給電するブラシ装置５と、出力電圧を所定値に制御する電圧制御装置６と、ブラシ装置５や電圧制御装置６等の電気部品を覆ってこれらを異物から保護するリアカバー７と、回転子３にエンジン（図示せず）からの回転駆動力を伝達するプーリ２０とを備えている。

フロント側ハウジング４ａには、側部に複数の冷却風吐出窓４２が形成されている。これらの冷却風吐出窓４２は、プーリ２０側の冷却ファン３５を回転させたときに発生する遠心方向の冷却風をフロント側ハウジング４ａの外部に吐出するためのものである。また、リア側ハウジング４ｂには、側部に複数の冷却風吐出窓４２が形成されている。これらの冷却風吐出窓４２は、リアカバー７側の冷却ファン３６を回転させたときに発生する遠心方向の冷却風をリア側ハウジング４ｂの外部に吐出するためのものである。

回転子３の回転軸３３には、その先端に固定されて回転軸３３とともに一体に回転するスリップリング３７、３８が設けられている。ブラシ装置５は、これら２つのスリップリング３７、３８のそれぞれに摺接する２つのブラシ５１、５２を収納するブラシホルダ５３と、ブラシホルダ５３とともにスリップリング３７、３８の外周を覆うスリップリングカバー５４と、組み付け時にブラシホルダ５３およびスリップリングカバー５４の軸方向端部に配置されてスリップリング３７、３８の周辺に形成される空間の気密性を高める２つのシール部材５５、５６とを含んで構成されている。これらシール部材５５、５６は、板状のゴム材料によって形成されている。

リアカバー７は、ブラシ５１、５２を含む電気部品、具体的にはリア側ハウジング４ｂの外側に取り付けられるブラシ装置５や電圧制御装置６等を覆うように取り付けられ、これらを異物から保護する。このリアカバー７は、樹脂材料によって形成され、ブラシ装置５の内部への吸排気を行う筒状の第１および第２の円筒部７１、７２を有する。本実施形態では、第１の円筒部７１が排気用に用いられ、第２の円筒部７２が吸気用に用いられている。

次に、ブラシホルダ５３の詳細および周辺構造の詳細について説明する。図３は、ブラシホルダ５３とスリップリングカバー５４との組み付け状態を示すブラシ装置５の斜視図である。また、図４はブラシ５１、５２を組み付ける前のブラシホルダ５３の斜視図である。図５は、スリップリングカバー５４の斜視図である。図６は、シール部材５５、５６とブラシホルダ５３およびスリップリングカバー５４との位置関係を示す斜視図である。

熱硬化性樹脂よりなるブラシホルダ５３は、ブラシ５１、５２を収納するためのブラシ収納部１５０と、ブラシリード６０を収納するためのブラシリード収納部１５１とが形成された箱部１５２を備える。箱部１５２のスリップリング３７、３８側が、その表面積を拡大させるために、スリップリング３７、３８の外周面に沿った凹曲面状に形成された肉厚部１５３になっている。ブラシホルダ５３は、箱部１５２の径方向に沿った両側の端面１５４に、金属板よりなる正極側および負極側の接続ターミナル１５５を突出させて一体にモールド成形されている。この接続ターミナル１５５の一部は、ブラシリード収納部１５１内に露出しており、ブラシリード６０の端部が半田付けによって接続される。ブラシリード６０によって、ブラシ５１、５２のそれぞれと接続ターミナル１５５とが電気的に接続される。また、肉厚部１５３の凹曲面状に形成された面の径方向における両端部には、軸方向の全長にわたって断面が長方形形状を有する凹部１５６が形成されており、肉厚部１５３の径方向に沿った両端面には、それぞれ２個ずつの凸部１５７が形成されている。また、上述した箱部１５２の上面１５９には、ブラシリード収納部１５１に連通する第１の通気穴１７０が形成されている。本実施形態では、後方側ブラシ５２のブラシリード収納部１５１と前方側ブラシ５１のブラシリード収納部１５１のそれぞれに直接的に連通するスリット状の２つの第１の通気穴１７０が形成されている。また、図４に示した例では、第１の通気穴１７０をブラシリード収納部１５１の中間位置に形成したが、位置をずらすようにしてもよい。

スリップリングカバー５４は、回転軸３３の一方端側に形成されたスリップリング３７、３８を覆って保護するためのものであり、筒体の周の約１／４を取り除いた形状を有し、径方向の断面形状が円周の約３／４となる。したがって、スリップリングカバー５４は、周方向に約３／４円を有する樹脂材料（例えばナイロン製）からなるほぼ円筒状の周壁１６０によって構成されている。この周壁１６０の周方向における両端部には、ブラシホルダ５３の凹部１５６と嵌め合わされるための、軸方向に伸びる比較的薄肉のＶ字状凸部１６１が形成されている。また、Ｖ字状凸部１６１の外側には、ブラシホルダ５３の凸部１５７と係合するかぎ状の突起部１６２が形成されている。

リアカバー７に形成された第１の円筒部７１は、スリップリング３７、３８のブラシ摺動部を含む内部空間からリアカバー７の外部へ連通する位置に設けられ、第２の円筒部７２は、ブラシホルダ５３のブラシリード収納部１５１から第１の通気穴１７０を経由してリアカバー７の外部へ連通する位置に設けられている。この第２の円筒部７２は、ブラシホルダ５３の箱部１５２の上面１５９に形成された第１の通気穴１７０に対応した位置に形成されており、第２の円筒部７２と第１の通気穴１７０によってブラシホルダ５３のブラシリード収納部１５１と外部とをつなぐ吸気経路が形成される。なお、図６に示すように、一方のシール部材５６には、第１の円筒部７１に対応する位置に開口部５６１が、第２の円筒部７２に対応する位置に開口部５６２がそれぞれ形成されている。なお、開口部５６１は、スリップリング周接部に直接的に連通しており、第２の通気穴として機能する。

図７は、本実施形態の車両用交流発電機１に吸排気装置を接続した状態を示す図である。図７に示すように、第１および第２の円筒部７１、７２をチューブ状の中間部材を介して車両側に設置された吸排気装置１００に連結して強制的な吸排気を行うことにより、吸排気装置１００の作動に伴って確実な通気およびブラシ粉排出が可能になり、例えば冠水状態の使用環境においても異物浸入防止と環境性向上の効果を得ることが可能になる。

このように、本実施形態の車両用交流発電機１のリアカバー７には、ブラシホルダ５３のブラシリード収納部１５１から外部へ連通する第２の円筒部７２と、スリップリング３７、３８のブラシ摺動部から外部へ連通する第１の円筒部７１とが形成されており、これら２つの円筒部７１、７２を通してブラシホルダ５３の内部空間に対する吸排気を行っている。これにより、車両用交流発電機１内部への被水によるブラシ５１、５２周辺への異物侵入を完全に防止することができる。

また、ブラシホルダ５３とリアカバー７の間には、ブラシ摺動部の周囲の内部空間の気密性を得るシール部材５６が配置されており、このシール部材５６には、第１および第２の円筒部７１、７２に対応して開口部５６１、５６２が形成されている。また、第２の円筒部７２に対応してブラシホルダ５３の端面（上面１５９）に、ブラシリード収納部１５１に連通する第１の通気穴１７０が形成されている。これにより、異物浸入防止と環境性向上の効果を維持してブラシホルダ５３とリアカバー７の間を確実にシールすることができる。

また、第２の円筒部７２より吸気し、第１の円筒部７１より排気することにより、比較的温度が低い空気でブラシ５１、５２の摺動部を直接冷却することでブラシ磨耗を抑制することができるとともに、ブラシ５１、５２の摺動によって発生するブラシ粉を第１の円筒部７１を通して排出することができる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々の変形実施が可能である。図８は、変形例のブラシホルダ５３Ａとスリップリングカバー５４との組み付け状態を示すブラシ装置５Ａの斜視図である。図９は、ブラシ５１、５２を組み付ける前の変形例のブラシホルダ５３Ａの斜視図である。

図８および図９に示す変形例では、一対の第１の通気穴１７０Ａは、互いに異なる開口面積で形成されている。一般的には、固定子２や回転子３などの熱源に近い側の前方側ブラシ５１の冷却性が後方側ブラシ５２に対して悪いので、この変形例では、前方側ブラシ５１に対応するブラシリード収納部１５１に連通する第１の通気穴１７０Ａの開口面積を大きく設定した。これにより、一対のブラシ５１、５２の冷却性を均等化することが可能となる。

一実施形態の車両用交流発電機の断面図である。 一実施形態の車両用発電機の要部の拡大断面図である。 ブラシホルダとスリップリングカバーとの組み付け状態を示すブラシ装置の斜視図である。 ブラシを組み付ける前のブラシホルダの斜視図である。 スリップリングカバーの斜視図である。 シール部材とブラシホルダおよびスリップリングカバーとの位置関係を示す斜視図である。 車両用交流発電機に吸排気装置を接続した状態を示す図である。 変形例のブラシホルダとスリップリングカバーとの組み付け状態を示すブラシ装置の斜視図である。 ブラシを組み付ける前の変形例のブラシホルダの斜視図である。

符号の説明

１ 車両用交流発電機
２ 固定子
３ 回転子
４ａ フロント側ハウジング
４ｂ リア側ハウジング
５ ブラシ装置
６ 電圧制御装置
７ リアカバー
３３ 回転軸
３７、３８ スリップリング
５１、５２ ブラシ
５３ ブラシホルダ
５４ スリップリングカバー
５５、５６ シール部材
６０ ブラシリード
７１ 第１の円筒部
７２ 第２の円筒部
１００ 吸排気装置
１５０ ブラシ収納部
１５１ ブラシリード収納部
１５５ 接続ターミナル
１７０ 第１の通気穴
５６１、５６２ 開口部

Claims (6)

1. 回転軸に設けられ前記回転軸と一体に回転するスリップリングと、前記スリップリングに摺接するブラシを収納するブラシホルダと、前記ブラシホルダに固定される接続ターミナルと、前記ブラシと前記接続ターミナルを電気的に接続するブラシリードと、前記ブラシホルダとともに前記スリップリングの外周部を覆うスリップリングカバーとを備えた車両用交流発電機において、
   前記ブラシホルダには、前記ブラシを収納するブラシ収納部と、前記ブラシ収納部と連通して前記ブラシリードを収納するブラシリード収納部とが形成されているとともに、前記ブラシリード収納部に直接的に連通して、ブラシ摺動部近傍の内部空間に対する吸排気経路となる第１の通気穴が形成されており、
   前記ブラシ収納部および前記ブラシリード収納部は、正極側および負極側で個々に形成されており、前記ブラシリード収納部のそれぞれに直接的に連通して、前記ブラシ摺動部近傍の内部空間に対する吸排気経路となる一対の前記第１の通気穴が形成されていることを特徴とする車両用交流発電機。
2. 請求項１において、
   前記一対の第１の通気穴は、互いに異なる開口面積で形成されていることを特徴とする車両用交流発電機。
3. 請求項１または２において、
   前記ブラシホルダのスリップリング周接部に直接的に連通する第２の通気穴が形成されていることを特徴とする車両用交流発電機。
4. 請求項１または２において、
   前記ブラシを含む電気部品を被うリアカバーを備え、
   前記リアカバーの端面には、軸方向に突設され、前記第１の通気穴に連通する円筒部が形成されていることを特徴とする車両用交流発電機。
5. 請求項３において、
   前記ブラシを含む電気部品を被うリアカバーを備え、
   前記リアカバーの端面には、軸方向に突設され、前記第１の通気穴と前記第２の通気穴のそれぞれに連通する二つの円筒部が形成されていることを特徴とする車両用交流発電機。
6. 請求項４または５において、
   前記円筒部は、中間部材を介して車両側の吸排気装置に接続されていることを特徴とする車両用交流発電機。

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