JP5840258B2 - 回転電機のスリップリング装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両用交流発電機等の回転電機のスリップリング装置に関する。

車両用交流発電機等の回転電機には、リードが接合された一対のスリップリングを絶縁性樹脂からなる成形体で一体成形したスリップリング装置が用いられる。従来のスリップリング装置は、インサート成形時の樹脂の圧力によるリードの移動や変形に起因する不良が発生することがあり、これらを防止する構造が求められていた。

例えば特許文献１では、リードの変形を吸収し定位置に配置させる構成として、スリップリング支持円筒部と端子保持部とを連結する連結部内のリードに、変形吸収部を設けることが提案されている。変形吸収部は、リードの強度を局部的に低下させてインサート成形の際のリードの変形を吸収するものである。この先行例では、変形吸収部として、リードを略Ｖ字状または略Ｕ字状に屈曲させたベンド部、リードを切り欠いて肉薄に形成した切り欠き部、またはシャフトと交差する貫通孔部等が挙げられている。

また、特許文献２では、スリップリング支持円筒部とコイル接続端子との接触を避けるために、それらの間の直線部にインサートを配置し、十分な間隔を確保している。また、特許文献３では、インサート成形の前にリードを位置決めし、径方向への離間距離を正しくセットするための貫通孔を有するスリップリング装置が提案されている。

特許第３８１２４５６号公報 フランス特許第２９２８０４３Ｂ号公報 特許第３６２２１１８号公報

特許文献１に提示された変形吸収部を設ける方法では、変形吸収部がベンド部の場合、リードが埋め込まれる連結部は径方向の厚み寸法に余裕がないため、変形したベンド部の厚みが連結部の厚みの範囲内に収まらない可能性がある。また、変形吸収部が切り欠き部や貫通孔部の場合、リードの厚みは増さないが、変形により絶縁部材に収まらない可能性がある。いずれの場合も、変形吸収部の変形の度合いによってリードが絶縁部材の外部へ露出する恐れがある。

また、変形吸収部が切り欠き部や貫通孔部の場合、リードの強度を局部的に低下させているので、リードが外力に耐えられず破損する可能性がある。スリップリング装置は、成形体の内部でリードが最終的にどのような形状で収容されているか確認できないこと、車両に搭載され長期間使用されることから、変形吸収部を設けてリードの強度を低下させることは、信頼性の観点から望ましくない。

また、特許文献２に提示されたインサートを直線部へ配置する方法では、二次成形時にリード位置を規定することはできるが、厳密には径方向にしか規制できない。また、特許文献３に提示された貫通孔によりリードの位置決めをする方法では、リードの直線部を保持していないため、成形時の樹脂の圧力でリード屈曲部が移動する可能性がある。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、インサート成形時のリードの移動および変形を確実に防止することができる回転電機のスリップリング装置を得ることを目的とする。

本発明に係る回転電機のスリップリング装置は、互いに絶縁され同軸上に配置された第１のリングおよび第２のリングと、一方の端部が第１のリングに接続され他方の端部が回転子コイルに接続された長尺リードと、一方の端部が第２のリングに接続され他方の端部が回転子コイルに接続された短尺リードと、長尺リードおよび短尺リードの位置を規定する規制部材と、インサート成形で形成され第１のリング、第２のリング、長尺リード、短尺リードおよび規制部材を保持する成形体とを備え、長尺リードおよび短尺リードは、軸線方向に互いに平行に配置されたリード直線部と、各々のリード直線部が径外側方向に屈曲されたリード屈曲部とを有し、規制部材は、長尺リードおよび短尺リードのリード屈曲部の少なくとも径外側の面に当接するリード支持部を有し、長尺リードは、第１のリングとリード支持部によりリード直線部に張力を与えられた状態で成形体の規定の位置に配置され、短尺リードは、第２のリングとリード支持部によりリード直線部に張力を与えられた状態で成形体の規定の位置に配置されるものである。

本発明に係る回転電機のスリップリング装置によれば、インサート成形の金型内において、長尺リードおよび短尺リードのリード屈曲部と当接しリード直線部に張力を与える規制部材を備えているので、インサート成形時の樹脂の圧力による長尺リードおよび短尺リードの移動および変形を確実に防止することができ、長尺リードおよび短尺リードを成形体内部の正しい位置に配置することができる。

本発明の実施の形態１に係る車両用交流発電機の回転子を示す断面図である。 本発明の実施の形態１に係るスリップリング装置を示す斜視図である。 本発明の実施の形態１に係るスリップリング装置を示す要部拡大断面図である。 本発明の実施の形態１に係るスリップリング装置の規制部材を示す斜視図である。 本発明の実施の形態１に係るスリップリング装置の規制部材にリードを嵌め込んだ状態を示す斜視図である。 本発明の実施の形態１に係るスリップリング装置の規制部材を示す部分斜視図である。 本発明の実施の形態２に係るスリップリング装置の規制部材を示す部分斜視図である。 本発明の実施の形態２に係るスリップリング装置を示す要部拡大断面図である。

実施の形態１．
以下に、本発明の実施の形態１に係る車両用交流発電機のスリップリング装置について、図面に基づいて説明する。図１は、本実施の形態１に係るスリップリング装置を備えた車両用交流発電機の回転子を示す軸線方向断面図である。図２および図３は、本実施の形態１に係るスリップリング装置を示す斜視図および要部拡大断面図である。なお、各図において、同一または相当部分には同一符号を付している。

車両用交流発電機（以下、発電機）の回転子１は、ケース（図示省略）の内壁に固定された固定子（図示省略）の内側に設けられ、シャフト２に固定されている。回転子１は、対向した一対の爪状磁極３、４と、この爪状磁極３、４の内部に導線が巻回された回転子コイル５とを有している。固定子は、固定子鉄心に固定子コイルが巻装されている。シャフト２の一方の端部には、プーリ（図示省略）が固定されており、他の端部には、スリップリング装置７が挿入され固定されている。

発電機の動作について簡単に説明する。バッテリ（図示省略）からブラシ６、スリップリング装置７を通じて回転子１の回転子コイル５に電流が供給される。この電流により回転子コイル５に磁束が発生し、爪状磁極３、４にそれぞれＮ極、Ｓ極が生じる。一方、エンジンによってプーリが駆動され、シャフト２によって回転子１が回転するため、固定子鉄心には回転磁界が与えられ、固定子コイルに起電力が生じる。

本実施の形態１に係るスリップリング装置７について、図２および図３を用いて説明する。スリップリング装置７は、互いに絶縁され同軸上に配置された一対のスリップリングである第１のリング１０および第２のリング１１、長尺リード１２および短尺リード１３とそれぞれの端子部１４、１５、長尺リード１２および短尺リード１３の位置を規定する規制部材３０、および絶縁性樹脂からなる成形体２０を有している。

第１のリング１０と第２のリング１１は、絶縁性のリング支持部１６を介して配置される。長尺リード１２は、その一方の端部が第１のリング１０に、他方の端部である端子部１４が回転子コイル５に、それぞれ溶接により接続される。また、短尺リード１３は、一方の端部が第２のリング１１に、他方の端部である端子部１５が回転子コイル５に、それぞれ溶接により接続される。

また、インサート成形で形成された成形体２０は、第１のリング１０、第２のリング１１、長尺リード１２、短尺リード１３および規制部材３０を互いに絶縁して保持する。成形体２０は、図２に示すように、成形体本体である円筒部２１と、端子部１４、１５を支持する円環状の端子支持部２２と、円筒部２１と端子支持部２２を連結する一対の連結部２３を備えている。長尺リード１２と短尺リード１３は、それらの端子部１４、１５を除き、成形体２０の円筒部２１、一対の連結部２３、および端子支持部２２の内部に埋め込まれている。

図３に示すように、長尺リード１２および短尺リード１３は、軸方向に互いに平行に配置されたリード直線部１２ａ、１３ａと、各々のリード直線部１２ａ、１３ａが径外側方向に略９０度屈曲されたリード屈曲部１２ｂ、１３ｂを有している。規制部材３０は、これらのリード屈曲部１２ｂ、１３ｂの少なくとも径外側の面に当接するリード支持部３１を有している。

図４は、本実施の形態１に係る規制部材を示す斜視図、図５は、図４に示す規制部材に長軸リードと短軸リードを嵌め込んだ状態を示す斜視図、図６は、図５に示す規制部材を別の方向から視た部分斜視図である。なお、図中、矢印Ｚは軸線方向、矢印Ｙはリードの挿入方向を示している。

図４および図５に示すように、規制部材３０は、長尺リード１２に当接するリード支持部３１、短尺リード１３に当接するリード支持部３１、およびこれら２つのリード支持部３１を接続する円環部３２から構成されている。

規制部材３０は、成形体２０の成形時に金型内に配置され、成形体２０と一体に成形されるインサート部品である。規制部材３０の材料は、成形体２０の樹脂材料と密着性の良好な絶縁性樹脂材料から選択される。あるいは、成形体２０と同じ絶縁樹脂材料を用いて
も良い。

また、規制部材３０のリード支持部３１は、リード屈曲部１２ｂ、１３ｂの少なくとも径外側の面に当接するものであるが、リード直線部１２ａ、１３ａに当接していても良く、その当接の範囲は限定されるものではない。ただし、規制部材３０と成形体２０の界面は、成形体２０の他の箇所に比べるとクラックが発生し易いため、熱サイクルをかけた際に応力のかからない位置に配置される。

さらに、リード支持部３１は、金型に挿入される際の先端部が挿入方向に向かって細くなった第１のテーパ部３１ａを有する。この第１のテーパ部３１ａを設けることにより、規制部材３０の金型への挿入が容易になり、作業性が向上する。

また、図６に示すように、リード支持部３１は、リード屈曲部１２ｂ（１３ｂ）と当接する部分が開口側に向かって細くなった第２のテーパ部３１ｂを有する。この第２のテーパ部３１ｂを設けることにより、リード屈曲部１２ｂ（１３ｂ）のリード支持部３１への挿入が容易になり、作業性が向上する。

次に、本実施の形態１に係るスリップリング装置７の製造方法について説明する。まず、第１のリング１０に長尺リード１２の先端部を溶接により接続し、第２のリング１１に短尺リード１３の先端部を溶接により接続する。次に、第１のリング１０と第２のリング１１をリング支持部１６に嵌め込む。

続いて、図５に示すように、長尺リード１２および短尺リード１３それぞれのリード屈曲部１２ｂ、１３ｂを、規制部材３０のリード支持部３１に嵌め込む。その後、この規制部材３０、長尺リード１２が溶接された第１のリング１０および短尺リード１３が溶接された第２のリング１１を、金型の所定位置に載置する。

この時、規制部材３０は、２つのリード支持部３１にリード屈曲部１２ｂ、１３ｂをそれぞれ当接させ、リード直線部１２ａ、１２ｂに張力を与えた状態で、金型内に配置されている。その後、溶融した樹脂材料を金型に注入することにより、長尺リード１２および短尺リード１３は、樹脂の圧力により移動または変形することなく、規定の位置で成形体２０と一体成形される。所定の成形時間が経過した後、金型を離形し、スリップリング装置７が完成する。

なお、本実施の形態１では、規制部材３０がインサート部品である場合の製造方法について説明したが、規制部材３０は、インサート成形の前の一次成形により長尺リード１２および短尺リード１３と一体に成形されたものであっても良い。

本実施の形態１に係るスリップリング装置７によれば、インサート成形の金型内において、長尺リード１２および短尺リード１３のリード屈曲部１２ｂ、１３ｂと当接しリード直線部１２ａ、１２ｂに張力を与える規制部材３０を備えているので、インサート成形時の樹脂の圧力によるリードの移動および変形を確実に防止することができる。

従って、長尺リード１２および短尺リード１３を成形体２０内部の正しい位置に配置することができ、成形体２０から露出することを防止することができる。これらのことから、本実施の形態１によれば、リードの移動や変形に起因する不良の発生を抑制することが可能な信頼性の高いスリップリング装置７が得られる。

実施の形態２．
本発明の実施の形態２では、上記実施の形態１で説明した規制部材３０の変形例について、図７および図８を用いて説明する。なお、本実施の形態２に係るスリップリング装置の全体構成は、上記実施の形態１と同様であるので、図２を流用し、詳細な説明を省略する。

図７に示すように、本実施の形態２に係る規制部材３０Ａのリード支持部３３は、リード屈曲部１２ｂ（１３ｂ）の径外側の面を含む三方向の面を囲む凹部を有している。これにより、リード屈曲部１２ｂ（１３ｂ）をより確実に保持することができる。

リード支持部３３は、金型に挿入される際の先端部が挿入方向に向かって細くなった第１のテーパ部３３ａを有する。この第１のテーパ部３３ａを設けることにより、規制部材３０Ａの金型への挿入が容易になり、作業性が向上する。

また、リード支持部３３は、リード屈曲部１２ｂ（１３ｂ）と当接する部分が開口側に向かって細くなった第２のテーパ部３３ｂを有する。この第２のテーパ部３３ｂを設けることにより、リード屈曲部１２ｂ（１３ｂ）のリード支持部３３への挿入が容易になり、作業性が向上する。

また、上記実施の形態１では、長尺リード１２に当接するリード支持部３１と短尺リード１３に当接するリード支持部３１が円環部３２で接続されている例を示したが（図４参照）、これらは接続されていなくても良い。すなわち、２つのリード支持部３３を円環部３２で接続せず、個別に設けても良い。ただし、リード支持部３３を円環部３２で接続することにより、各リード支持部３３が安定して金型内に保持され、組立性が向上する。

図８は、規制部材３０の別の変形例を示す要部拡大断面図である。この例では、規制部材３０と成形体２０の界面に段差を設け、規制部材３０と成形体２０との界面が長尺リード１２および短尺リード１３に対して直線的でない断面形状となるようにしている。

これにより、規制部材３０と成形体２０の界面でクラックが発生した場合に、沿面距離を稼ぐことができ、スパークを防止することができる。また、界面の形状が複雑になることで、規制部材３０と成形体２０の密着力が向上する効果も得られる。なお、界面の形状を複雑にする方法として、段差の他に、切り欠きや凹凸を形成する方法もある。

なお、本実施の形態２において、規制部材３０、３３はインサート部品であるが、インサート成形の前の一次成形により長尺リード１２および短尺リード１３と一体に成形されたものであっても良い。

本実施の形態２によれば、上記実施の形態１と同様の効果が得られると共に、さらに信頼性の高い回転電機のスリップリング装置７が得られる。本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。

なお、上記実施の形態では、車両用交流発電機に適用される発電機について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば船外機用交流発電機にも適用することができる。また、本発明は、電動機にも適用することができる。

本発明は、回転電機のスリップリング装置として利用することができる。

１ 回転子、２ シャフト、３、４ 爪状磁極、５ 回転子コイル、６ ブラシ、
７ スリップリング装置、１０ 第１のリング、１１ 第２のリング、
１２ 長尺リード、１２ａ リード直線部、１２ｂ リード屈曲部、
１３ 短尺リード、１３ａ リード直線部、１３ｂ リード屈曲部、
１４、１５ 端子部、１６ リング支持部、２０ 成形体、２１ 円筒部、
２２ 端子支持部、２３ 連結部、３０、３０Ａ 規制部材、
３１、３３ リード支持部、３２ 円環部、
３１ａ、３３ａ 第１のテーパ部、３１ｂ、３３ｂ 第２のテーパ部。

Claims (11)

1. 互いに絶縁され同軸上に配置された第１のリングおよび第２のリングと、一方の端部が前記第１のリングに接続され他方の端部が回転子コイルに接続された長尺リードと、一方の端部が前記第２のリングに接続され他方の端部が前記回転子コイルに接続された短尺リードと、前記長尺リードおよび前記短尺リードの位置を規定する規制部材と、インサート成形で形成され前記第１のリング、前記第２のリング、前記長尺リード、前記短尺リードおよび前記規制部材を保持する成形体とを備えた回転電機のスリップリング装置であって、
   前記長尺リードおよび前記短尺リードは、軸線方向に互いに平行に配置されたリード直線部と、各々の前記リード直線部が径外側方向に屈曲されたリード屈曲部とを有し、
   前記規制部材は、前記長尺リードおよび前記短尺リードの前記リード屈曲部の少なくとも径外側の面に当接するリード支持部を有し、
   前記長尺リードは、前記第１のリングと前記リード支持部により前記リード直線部に張力を与えられた状態で前記成形体の規定の位置に配置され、前記短尺リードは、前記第２のリングと前記リード支持部により前記リード直線部に張力を与えられた状態で前記成形体の規定の位置に配置されることを特徴とする回転電機のスリップリング装置。
2. 前記規制部材は、前記成形体と一体に成形されるインサート部品であることを特徴とする請求項１記載の回転電機のスリップリング装置。
3. 前記規制部材は、インサート成形の前の一次成形により前記長尺リードおよび前記短尺リードと一体に成形されることを特徴とする請求項１記載の回転電機のスリップリング装置。
4. 前記規制部材の材料は、前記成形体の樹脂材料と密着性の良好な絶縁性樹脂材料から選択されることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の回転電機のスリップリング装置。
5. 前記規制部材の材料は、前記成形体と同じ絶縁性樹脂材料であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の回転電機のスリップリング装置。
6. 前記規制部材と前記成形体の界面は、熱サイクルをかけた際に応力のかからない位置に配置されることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の回転電機のスリップリング装置。
7. 前記規制部材と前記成形体の界面は、前記長尺リードおよび前記短尺リードに対して直線的でない断面形状であることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の回転電機のスリップリング装置。
8. 前記リード支持部は、前記リード屈曲部の径外側の面を含む三方向の面を囲む凹部を有することを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の回転電機のスリップリング装置。
9. 前記リード支持部は、前記金型内に挿入される際の先端部が挿入方向に向かって細くなった第１のテーパ部を有することを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の回転電機のスリップリング装置。
10. 前記リード支持部は、前記リード屈曲部と当接する部分が開口側に向かって細くなった第２のテーパ部を有することを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の回転電機のスリップリング装置。
11. 前記規制部材は、前記長尺リードに当接する前記リード支持部と前記短尺リードに当接する前記リード支持部を接続する円環部を有することを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載の回転電機のスリップリング装置。

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