(57)【要約】【課題】ブラシホルダ内に空気の流れを起こしてブラシ摩耗粉のブラシホルダ内での蓄積を抑制することができる車両用回転電機を提供すること。【解決手段】車両用交流発電機１００は、界磁巻線４１と電気的に接続される一対のスリップリング４７、４８を有する回転軸４４とスリップリング側の軸方向端面に固定された冷却ファン４６とを含む回転子４と、スリップリング４７、４８に摺接する一対のブラシ６１、６２とこれら一対のブラシ６１、６２を収納する収納部２１１、２１２が形成されたブラシホルダ２００とブラシホルダ２００とともにスリップリング４７、４８を覆うカバー部材２５０とを有するブラシ装置６と、回転軸４４の一端に配置された被検出部７１と、被検出部７１の回転位置を検出する検出部７２とを備える。被検出部７１とスリップリング４７、４８との間に冷却ファン７３が備わっている。【選択図】図１
2010063250.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
界磁巻線と電気的に接続される一対のスリップリングを有する回転軸と前記スリップリング側の軸方向端面に固定された第１の冷却ファンとを含む回転子と、前記スリップリングに摺接する一対のブラシとこれら一対のブラシを収納する収納部が形成されたブラシホルダと前記ブラシホルダとともに前記スリップリングを覆うカバー部材とを有するブラシ装置と、前記回転軸の一端に配置された回転位置被検出部と、前記回転位置被検出部の回転位置を検出する回転位置検出部とを備える車両用回転電機において、
前記回転位置被検出部と前記スリップリングとの間に第２の冷却ファンを有することを特徴とする車両用回転電機。
【請求項２】
請求項１において、
前記第２の冷却ファンは、前記回転位置被検出部と一体形成されていることを特徴とする車両用回転電機。
【請求項３】
請求項１において、
前記第２の冷却ファンは、前記回転位置被検出部とは別部材で形成されていることを特徴とする車両用回転電機。
【請求項４】
請求項２または３において、
前記第２の冷却ファンは、前記回転位置被検出部の外周に形成されていることを特徴とする車両用回転電機。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかにおいて、
前記第２の冷却ファンは、金属材料によって形成されていることを特徴とする車両用回転電機。
【請求項６】
請求項１〜４のいずれかにおいて、
前記第２の冷却ファンは、金属あるいはセラミックスが配合された樹脂材料によって形成されていることを特徴とする車両用回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、乗用車やトラック等に搭載される車両用交流発電機や発電電動機等の車両用回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、スリップリングの周囲を被覆部材で覆うとともに、回転軸の一端に固定された位置検出装置を被覆部材に設けられた開口を通して被覆部材の外側に配置した車両用回転電機が知られている（例えば、特許文献１参照。）。この位置検出装置は、被覆部材に近接して被覆部材に対向するように、回転軸の貫通部位に固定された磁石ホルダと、磁石ホルダに保持された磁石と、磁石から出される磁束に感応してそれに応じた信号を出力する磁気感応素子とを備えており、被覆部材と磁石ホルダとの間はラビリンス構造になっている。この構造により、回転時に発生するブラシ摩耗粉が飛散しにくくなっている。
【特許文献１】特開２００７−９７２３６号公報（第４−１０頁、図１−３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、特許文献１に開示された構造はブラシ摩耗粉の飛散を防止するためにラビリンス構造を採用しているため、ブラシホルダ内への風の流れが制限されて風量が低下し、ブラシ摩耗粉の排出が充分に行われずにブラシホルダ内に蓄積してしまうという問題があった。そのため、ブラシ摩耗粉がブラシとスリップリングの摺動面に介在し、ブラシおよびスリップリングの異常摩耗を引き起こすおそれがある。また、ブラシ摩耗粉が海水や雨水などの水分と混ざることにより、固まりとなったブラシ摩耗粉がブラシホルダとブラシの間に介在し、ブラシがブラシホルダに固着して適切なスリップリングへの押圧が行われなくなり、ブラシとスリップリングの間に接触不良をおこすおそれもある。
【０００４】
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、ブラシホルダ内に空気の流れを起こしてブラシ摩耗粉のブラシホルダ内での蓄積を抑制することができる車両用回転電機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上述した課題を解決するために、本発明の車両用回転電機は、界磁巻線と電気的に接続される一対のスリップリングを有する回転軸とスリップリング側の軸方向端面に固定された第１の冷却ファンとを含む回転子と、スリップリングに摺接する一対のブラシとこれら一対のブラシを収納する収納部が形成されたブラシホルダとブラシホルダとともにスリップリングを覆うカバー部材とを有するブラシ装置と、回転軸の一端に配置された回転位置被検出部と、回転位置被検出部の回転位置を検出する回転位置検出部とを備えており、回転位置被検出部とスリップリングとの間に第２の冷却ファンを有する。
【０００６】
第２の冷却ファンによりブラシホルダ内あるいはその周辺の空気を拡散することによりブラシホルダ内の空気の流れを促し、ブラシ摩耗粉がブラシホルダ内に蓄積することを抑制することができる。また、回転子のスリップリング側の軸方向端面に第１の冷却ファンを備えるため、拡散されたブラシ摩耗粉を効果的に排出することができ、ブラシ摩耗粉の蓄積に伴うブラシやスリップリングの異常摩耗やこれらの間の接触不良を防止することができる。
【０００７】
また、上述した第２の冷却ファンは、回転位置被検出部と一体形成されていることが望ましい。これにより、ブラシ摩耗粉の蓄積抑制の効果に加え、回転位置被検出部自体の冷却を効率よく行うことが可能となる。また、部品点数低減によるコストダウンが可能となる。
【０００８】
また、上述した第２の冷却ファンは、回転位置被検出部とは別部材で形成されていることが望ましい。これにより、第２の冷却ファンに適した材料を用いることができるとともに、回転位置被検出部の形状を簡素化することができる。
【０００９】
また、上述した第２の冷却ファンは、回転位置被検出部の外周に形成されていることが望ましい。これにより、回転位置被検出部の軸方向の長さを短くすることができ、車両用回転電機の小型化を図ること可能となる。
【００１０】
また、上述した第２の冷却ファンは、金属材料によって形成されていることが望ましい。これにより、回転位置被検出部の冷却性を向上させることができる。
【００１１】
また、上述した第２の冷却ファンは、金属あるいはセラミックスが配合された樹脂材料によって形成されていることが望ましい。これにより、第２の冷却ファンと回転位置検出部の全体を軽量化して振動を抑制し、第２の冷却ファンを追加したことによって位置検出精度が低下することを防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の車両用回転電機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。
【００１３】
図１は、一実施形態の車両用交流発電機の全体構成を示す図である。図１に示す車両用交流発電機１００は、フロント側フレーム１、リア側フレーム２、固定子３、回転子４、制御機器５、ブラシ装置６、回転位置センサ７、リアカバー８、プーリ９等を含んで構成されている。
【００１４】
フロント側フレーム１およびリア側フレーム２は、共に椀形状を有しており、これらの開口部同士を対向させて固定子３を挟み込んだ状態で、複数本のボルトによって相互に固定されている。フロント側フレーム１には円筒状のベアリングボックス１１が一体に形成されており、リア側フレーム２には鉄製のベアリングボックス２１が取り付けられている。固定子３は、固定子鉄心３１および固定子巻線３２を備えている。
【００１５】
回転子４は、界磁巻線４１、ポールコア４２、４３、回転軸４４等を備えており、ベアリングボックス１１、２１に収納される一対のベアリング１３、１４により回転自在に保持されている。ポールコア４２、４３の軸方向端面には冷却ファン４５、４６が取り付けられている。また、回転軸４４の前端にはプーリ９がナット１０により結合されており、図示しない車両エンジンにより回転駆動される。さらに、リア側フレーム２の外側に位置する回転軸４４の後端には、界磁巻線４１の両端のそれぞれに接続された一対のスリップリング４７、４８が設けられている。スリップリング４７、４７側のポールコア４３の軸方向端面に固定された冷却ファン４６が第１の冷却ファンに対応する。
【００１６】
回転位置センサ７は、回転子４の回転位置を検出するものであり、回転軸４４の一端に配置されて回転子４とともに回転する円盤状の被検出部（回転位置被検出部）７１と、被検出部７１の回転位置を検出する検出部（回転位置検出部）７２と、被検出部７１と後方のスリップリング４８との間に設けられた冷却ファン７３とを含んで構成されている。冷却ファン７３が第２の冷却ファンに対応する。
【００１７】
制御機器５やブラシ装置６等のいわゆる電気部品は、リア側フレーム２の外側の軸方向端面にボルト等の固定手段によって固定されている。制御機器５は、固定子巻線３２の出力電圧である三相交流電圧を整流して直流の出力電圧に変換するとともに、界磁巻線４１に流れる励磁電流の通電の向きや大きさを制御することにより車両用交流発電機１００の出力電圧を制御する。ブラシ装置６は、制御機器５から回転子４の界磁巻線４１に励磁電流を流すためのものであり、回転子４の回転軸４４に形成されたスリップリング４７、４８のそれぞれに押圧するブラシ６１、６２が備わっている。これらの電気部品は、リアカバー８によって覆われている。
【００１８】
図２は、車両用交流発電機１００をリア側から見た図であり、リアカバー８、制御機器５、回転位置センサ７の検出部７２を取り除いてブラシ装置６が露出した状態が示されている。固定子巻線３２は、２組の三相巻線３２Ａ、３２Ｂからなり、一方の三相巻線３２Ａの各相コイルＸ、Ｙ、Ｚと他方の三相巻線３２Ｂの各相コイルＵ、Ｖ、Ｗのそれぞれの端部がリア側フレーム２に設けられた貫通孔を通してリア側に延びている。これらの端部は、制御機器５に接続されている。
【００１９】
次に、ブラシ装置６と被検出部７１の詳細構造について説明する。図３は、ブラシ装置６および回転位置センサ７の断面図である。ブラシ装置６は、ブラシホルダ２００、ブラシ６１、６２、カバー部材２５０を含んで構成されている。
【００２０】
ブラシホルダ２００は、箱型形状を有し、内部に正極側と負極側の２本のブラシ６１、６２を収納する直方体形状の収納部２１１、２１２と、ブラシ６１、６２のそれぞれから延びた柔軟性を有するリード部としてのピグテール６３と電気的に接続されて外部に突出する一対のターミナル２２１、２２２とを備えている。ターミナル２２１、２２２は、絶縁樹脂製のブラシホルダ２００にインサート成形されている。
【００２１】
また、カバー部材２５０は、スリップリング４７、４８に対して径方向外側および回転軸４４の一端（スリップリング４７、４８側の端部）側に配置されており、ブラシホルダ２００とともにスリップリング４７、４８を覆っている。また、カバー部材２５０は、回転軸４４の一端に対応する位置に開放部２６２を有している。
【００２２】
ブラシ６１、６２は、天然黒鉛に銅粉を含有し、フェノール樹脂などを結合材とした金属黒鉛である。例えば、図４に示す製造工程により製造される。すなわち、原料（天然黒鉛）と結合材（フェノール樹脂）を混合する粉体処理（ステップ１００）、銅粉の混合（ステップ１０１）、ピグテール６３の配置（ステップ１０２）、成形（ステップ１０３）、焼成（ステップ１０４）の各工程を経てブラシ６１、６２が製造される。なお、ブラシ６１、６２は同一形状であり、同じ形状のものを互いにピグテール６３側が向かい合うように配置し、スプリング６４を介在させた状態で収納部２１１、２１２に収納される。これらのブラシ６１、６２は、スプリング６４によってスリップリング４７、４８に向けて押圧されて収納部２１１、２１２内で摺動接触している。
【００２３】
被検出部７１は、回転軸４４の一端（スリップリング４７、４８側の端部）に冷却ファン７３とともに、例えばネジ止めや圧入などによって固定されている。また、検出部７２は、制御機器５の一部に固定されるとともに被検出部７１に対向して配置されており、円盤状の被検出部７１の外周近傍領域の回転方向の位置を検出する。具体的な検出方法としては種々の方法が考えられる。例えば、被検出部７１の外周近傍に磁性体を配置し、検出部７２に設けられた検出コイルでこの磁性体の回転位置を検出したり、被検出部７１の外周近傍に磁石を配置し、検出部７２に設けられたホール素子でこの磁石の回転位置を検出する場合などが考えられる。なお、上記以外の方法、例えば光センサ等の光学式の検出方法などを用いてもよい。
【００２４】
図５は、図３のＶ−Ｖ線断面図である。例えば、図３および図５に示すように、被検出部７１は、周方向に沿って９０°おきに着磁されたＮＳ磁極を有する永久磁石７１ａと、これを保持するホルダ７１ｂを含んで構成されており、検出部７２は、この永久磁石７１ａの外周近傍であって互いに９０°隔たった位置に配置された２つのホール素子７２ａ、７２ｂを含んで構成されている。これら２つのホール素子７２ａ、７２ｂの出力に基づいて永久磁石７１ａの回転位置、すなわち、永久磁石７１ａがホルダ７１ｂを介して固定された回転子４の回転位置の検出が可能になる。
【００２５】
図６は、検出部７２に取り付けられる冷却ファン７３の斜視図である。図３および図６に示すように、冷却ファン７３は、２枚のブレードを有し、被検出部７１の回転軸の周囲に取り付けられ、被検出部７１の回転軸とともに回転する。この冷却ファン７３は、金属材料によって、あるいは、金属あるいはセラミックスが配合された樹脂材料によって形成されている。金属材料によって形成した場合には、被検出部７１の冷却性を向上させることができる。また、金属あるいはセラミックスが配合された樹脂材料によって形成した場合には、金属材料で形成する場合に比べて、被検出部７１全体を軽量化して振動を抑制することができ、冷却ファン７３を追加したことによって位置検出精度が低下することを防止することができる。なお、冷却ファン７３のブレードの枚数は２枚に限定されず、３間以上であってもよい。
【００２６】
また、検出部７２とカバー部材２５０は、天方向からの水やその他の異物の侵入を防止するための迷路構造を形成している。一方、空気は、水やその他の異物に比べて質量が小さいため、検出部７２とカバー部材２５０で形成される迷路構造を通って被検出部７１近傍まで到達し、開口部２６２を経由してスリップリング４７、４８近傍に導かれる。なお、迷路構造を通って水やその他の異物が被検出部７１近傍に到達しても、地方向に設けられた検出部７２間の隙間を通して地方向に排出される。
【００２７】
上述した回転位置センサ７の被検出部７１および絶縁部７３は、ブラシ装置６を組み付けた後、すなわち、スリップリング４７、４８の周囲をカバー部材２５０で覆った状態で、回転軸４４の一端に取り付け固定される。
【００２８】
また、本実施形態では、カバー部材２５０と検出部７２は、回転軸４４の径方向に沿った向きに迷路構造を形成している。具体的には、図３に示すように、カバー部材２５０と検出部７２のそれぞれの軸方向位置を部分的に重ねることにより、径方向に沿った迷路構造が形成されている。なお、図３に示す構造では、被検出部７１とカバー部材２５０のそれぞれの軸方向位置および径方向位置を部分的に重ねることにより、これらの間で径方向および軸方向に沿った迷路構造が形成されている。これにより、カバー部材２５０と検出部７２の間の隙間を通して冷却風を導入しつつ（図１では省略したが、リアカバー８には冷却風導入用の貫通孔が形成されており、この貫通孔を通してリアカバー８の外部から内部に冷却風が導入され、その一部がカバー部材２５０と検出部７２の間の隙間に導かれる）、この隙間を通して外部から水の浸入を抑制して耐水性を確保することができる。
【００２９】
このように、本実施形態の車両用交流発電機１００では、回転位置センサ７の被検出部７１に冷却ファン７３が備わっている。このため、冷却ファン７３によりブラシホルダ２００内あるいはその周辺の空気を拡散することによりブラシホルダ２００内の空気の流れを促し、ブラシ摩耗粉がブラシホルダ２００内に蓄積することを抑制することができる。また、回転子４のスリップリング４７、４８側の軸方向端面に冷却ファン４６を備えるため、拡散されたブラシ摩耗粉を効果的に排出することができ、ブラシ摩耗粉の蓄積に伴うブラシ６１、６２やスリップリング４７、４８の異常摩耗やこれらの間の接触不良を防止することができる。
【００３０】
また、冷却ファン７３を被検出部７１と別部材で形成することにより、冷却ファン７３に適した材料を用いることができるとともに、被検出部７１の形状を簡素化することができる。
【００３１】
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。上述した実施形態では、冷却ファン７３を被検出部７１と別部材で形成したが、これらを一体形成するようにしてもよい。
【００３２】
図７は、冷却ファン７３を一体化した被検出部７１の変形例を示す図である。図７（Ａ）にはブラシ装置６から被検出部７１が露出した状態が、図７（Ｂ）にはブラシ装置６と被検出部７１とを含む断面構造がそれぞれ示されている。これらの図に示す例では、冷却ファン７３は、被検出部７１のホルダ７１ｂと一体形成されている。これらの一体形成されたホルダ７１ｂおよび冷却ファン７３は、金属材料によって、あるいは、金属あるいはセラミックスが配合された樹脂材料によって形成されている。
【００３３】
図８は、冷却ファン７３を被検出部７１の外周に形成した変形例を示す図である。図８（Ａ）にはブラシ装置６から被検出部７１が露出した状態が、図８（Ｂ）にはブラシ装置６と被検出部７１とを含む断面構造がそれぞれ示されている。これらの図に示す例では、冷却ファン７３は、被検出部７１のホルダ７１ｂの外周部分に一体形成されている。被検出部７１の回転軸の周囲に冷却ファン７３を設ける場合に比べて、被検出部７１の回転軸周りを簡素化してその軸長を短くすることができるため、車両用交流発電機１００全体のの小型化を図ること可能となる。
【００３４】
図９は、冷却ファン７３を被検出部７１の下面に形成した変形例を示す図である。図９（Ａ）にはブラシ装置６から被検出部７１が露出した状態が、図９（Ｂ）にはブラシ装置６と被検出部７１とを含む断面構造がそれぞれ示されている。これらの図に示す例では、冷却ファン７３は、径方向に沿って放射状に延在する複数（例えば４枚）のブレードを有する遠心ファンであり、被検出部７１のホルダ７１ｂの下面に一体形成されている。
【００３５】
また、上述した実施形態では、発電動作を行う車両用交流発電機１００について説明したが、固定子に回転磁界を発生させて回転子を駆動する発電電動機に本発明を適用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】一実施形態の車両用交流発電機の全体構成を示す図である。
【図２】車両用交流発電機をリア側から見た図である。
【図３】ブラシ装置および回転位置センサの断面図である。
【図４】ブラシの製造工程を示す図である。
【図５】図３のＶ−Ｖ線断面図である。
【図６】検出部に取り付けられる冷却ファンの斜視図である。
【図７】冷却ファンを一体化した被検出部の変形例を示す図である。
【図８】冷却ファンを被検出部の外周に形成した変形例を示す図である。
【図９】冷却ファンを被検出部の下面に形成した変形例を示す図である。
【符号の説明】
【００３７】
１  フロント側フレーム
２  リア側フレーム
３  固定子
４  回転子
５  制御機器
６  ブラシ装置
７  回転位置センサ
８  リアカバー
９  プーリ
４４  回転軸
４５、４６  冷却ファン
４７、４８  スリップリング
６１、６２  ブラシ
６３  ピグテール
６４  スプリング
７１  被検出部
７２  検出部
７３  冷却ファン
１００  車両用交流発電機
２００  ブラシホルダ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
2010063250.tif 000010
【図９】
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