(57)【特許請求の範囲】
【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）前記ロータコアの中心部を貫通するシャフトと、
（ｅ）このシャフトの外周に設けられ、ロータコイルに電気的に接続する集電環と、
（ｆ）この集電環の外周面を摺動して、前記集電環を介して前記ロータコイルを給電する金属製のブラシ、このブラシの少なくとも先端部を前記集電環の外周面に押圧するコイルスプリングを有する刷子装置と、
（ｇ）この刷子装置の近傍に、前記ブラシと接続する外部接続端子を有する電圧調整装置と
を備え、
前記刷子装置は、前記ブラシおよび前記コイルスプリングを保持する保持部材、および前記ブラシと前記電圧調整装置の外部接続端子とを溶接等の接合手段を用いて電気的に接続されるピグテールを有することを特徴とする交流発電機。
【請求項２】
請求項１に記載の交流発電機において、
前記ブラシは、先端部がコの字状の断面を有することを特徴とする交流発電機。
【請求項３】
（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）前記ロータコアの中心部を貫通するシャフトと、
（ｅ）このシャフトの外周に設けられ、ロータコイルに電気的に接続する集電環と、
（ｆ）この集電環の外周面を摺動して、前記集電環を介して前記ロータコイルを給電する金属製のブラシ、このブラシの少なくとも先端部を前記集電環の外周面に押圧するコイルスプリングを有する刷子装置と、
（ｇ）この刷子装置の近傍に、前記ブラシと接続する外部接続端子を有する電圧調整装置と
を備え、
前記刷子装置は、前記ブラシおよび前記コイルスプリングを保持する保持部材を有し、 前記ブラシは、銅合金を主体とするバネ鋼を材料とする略円弧形状の刷子本体、およびこの刷子本体より前記保持部材側に突出した刷子固定部を有し、
前記刷子固定部は、前記刷子本体より軸方向に突出した突出片、およびこの突出片の両側を折り曲げた弾性変形可能な２個の係止片を有し、前記突出片と前記２個の係止片との間に前記電圧調整装置の外部接続端子が挿入されることで、前記突出片と前記２個の係止片との弾性力で、前記電圧調整装置の外部接続端子を挟持するように構成されていることを特徴とする交流発電機。
【請求項４】
請求項３に記載の交流発電機において、
前記交流発電機は、前記シャフトの端部を回転自在に支持する軸受部材を備え、
前記保持部材は、材質として電気絶縁性の樹脂質部材が使用され、前記電圧調整装置の外部接続端子を保持するケーシング、および前記軸受部材を保持する軸受保持部を一体成形したことを特徴とする交流発電機。
【請求項５】
請求項３または請求項４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前記ステータコイルや前記ロータコイルを冷却するための冷却風を発生させる送風装置を備え、
前記保持部材は、前記送風装置との間に、前記集電環と前記ブラシとの摺動部分への異物の侵入を防止するラビリンスシールを形成する第１保持部材と第２保持部材とに分割され、
前記第１保持部材と前記第２保持部材との接合部は、前記ラビリンスシール内に設けられたことを特徴とする交流発電機。
【請求項６】
請求項１、請求項３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、  前記ブラシは、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も前記集電環の外周面に接触する金属質ブラシであることを特徴とする交流発電機。
【請求項７】
請求項１、請求項３ないし請求項６のいずれかに記載の交流発電機において、
前記集電環は、材質として銅とカーボンとを混合した炭素粉末を円環状の型に入れて焼成した炭素質部材を使用した炭素質集電環であることを特徴とする交流発電機。
【請求項８】
請求項１、請求項３ないし請求項７のいずれかに記載の交流発電機において、
前記ブラシは、先端部に、前記集電環の軸方向に延長された面取り形状の飛び出し部を有することを特徴とする交流発電機。
【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、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９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。
【０００４】
そして、集電装置１０７は、２個のスリップリング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、これらのスリップリング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、樹脂により成形固定されてロータ１０６のシャフト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個のブラシ１２３、これらのブラシ１２３を収容するブラシホルダ１２４、および２個のブラシ１２３を２個のスリップリング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個のブラシ１２３は、炭素質部材により作られている。また、２個のブラシ１２３は、外部接続端子（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、ブラシホルダ１２４は、外部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個のスリップリング１２１を保護するスリップリングカバー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９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に近接してブラシホルダ１２４を設置している。このため、２個のブラシ１２３の長寿命化のために、ブラシホルダ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、ブラシホルダ１２４と２個のスリップリング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、ブラシ１２３が炭素質部材で作られていることから、ブラシ１２３においてスリップリング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、適度の接触面積（大きさ）とコイルスプリング１２５の押圧力（バネ荷重、接触圧）とが必要であり、小型化のために、ブラシ１２３の接触面積を小さくすると、電流密度が大きくなり、ブラシ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】
さらに、ブラシ１２３の材質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、カーボン粉末中に銅粉等の金属粉末を混合して接触電気抵抗とブラシ１２３の摩耗寿命によりその配合比を決めていた。そして、銅粉等の金属粉末をカーボン粉末に配合することにより、ブラシ１２３の重量が重たくなるため、スリップリング１２１とブラシ１２３とが片磨耗等の異常磨耗を発生する等の振動による不具合を考慮しなければならなかった。
【００１０】
ここで、小型直流回転電機（例えばモーター類）においては、ブラシを金属質部材（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ブラシがジャンピングするので、ブラシとコンミテータとの接触面積が少なくなって接触部分に電流の集中が発生したり、ブラシとコンミテータとが離れてその間にアークが発生したりする。これにより、コンミテータの表面が荒れたり、ブラシが片磨耗したりするので、このような振動による不具合を生じないようにすると、低電圧で定速回転の場合しか使用できず、車両用交流発電機のような低速回転から高速回転までの幅広い範囲で使用されるものには上記の構造は採用されなかった。
【００１１】
【発明の目的】
この発明の目的は、小型、軽量化を図りながらも、集電環に摺動するブラシに適度の接触面積と接触圧を与えることによりブラシの振動による異常磨耗を抑えてブラシと集電環との摺動部分の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。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明によれば、ブラシを金属で作ることにより、磨耗し難くなるので、従来技術のように磨耗部材で作ったブラシのように予め磨耗を予測した大きさと長さに設定する必要はない。それによって、ブラシ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。そして、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という効果が得られる。
【００１３】
また、ブラシの少なくとも先端部をコイルスプリングによって集電環の外周面に押圧することにより、集電環の外周面を摺動するブラシに適度の接触面積と接触圧を与えることができる。このため、保持部材に保持されたブラシとロータと一体的に回転する集電環とが摺動する際に、ブラシの振動による異常磨耗を抑えることができるので、ブラシと集電環との摺動部分の長寿命化を達成することができる。また、ロータコイルに安定した電力を供給できるので、ロータの回転に伴ってステータコイルに安定した交流出力を得ることができ、ステータコイルの出力効率の低下を防止することができるという効果が得られる。
【００１４】
そして、ブラシが金属で作られていることにより、ブラシにおいて集電環の外周面に接触する先端部の電気抵抗を小さくするために、ブラシの先端部の表面積を小さくしても電流密度が変化しないので、ブラシの温度上昇が抑えられてブラシの耐久寿命が延びるという効果が得られる。
さらに、ブラシを集電環の外周面に押圧する押圧部材としてコイルスプリングを利用することにより、バネ荷重を最適なものに設定した圧縮コイルスプリングを利用することができる。したがって、集電環の外周面を摺動するブラシに適度の接触面積と適度の接触圧を与えることができるので、ロータコイルへの安定した給電状態を確保することができるという効果が得られる。
【００１５】
また、保持部材によりブラシおよびコイルスプリングを保持し、且つブラシと電圧調整装置の外部接続端子とを溶接等の接合手段を用いて電気的に接続することにより、ブラシと電圧調整装置の外部接続端子との接続強度を向上できるという効果が得られる。
【００１６】
請求項２に記載の発明によれば、ブラシの先端部をコの字状の断面形状となるように形成することにより、先端部材の先端部の強度を向上できる。それによって、集電環より振動を受けるブラシの先端部の耐久寿命を長期化することができるという効果が得られる。
【００１７】
請求項３に記載の発明によれば、ブラシを金属で作ることにより、磨耗し難くなるので、従来技術のように磨耗部材で作ったブラシのように予め磨耗を予測した大きさと長さに設定する必要はない。それによって、ブラシ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。そして、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という効果が得られる。
また、ブラシの少なくとも先端部をコイルスプリングによって集電環の外周面に押圧することにより、集電環の外周面を摺動するブラシに適度の接触面積と接触圧を与えることができる。このため、保持部材に保持されたブラシとロータと一体的に回転する集電環とが摺動する際に、ブラシの振動による異常磨耗を抑えることができるので、ブラシと集電環との摺動部分の長寿命化を達成することができる。また、ロータコイルに安定した電力を供給できるので、ロータの回転に伴ってステータコイルに安定した交流出力を得ることができ、ステータコイルの出力効率の低下を防止することができるという効果が得られる。
そして、ブラシが金属で作られていることにより、ブラシにおいて集電環の外周面に接触する先端部の電気抵抗を小さくするために、ブラシの先端部の表面積を小さくしても電流密度が変化しないので、ブラシの温度上昇が抑えられてブラシの耐久寿命が延びるという効果が得られる。
さらに、ブラシを集電環の外周面に押圧する押圧部材としてコイルスプリングを利用することにより、バネ荷重を最適なものに設定した圧縮コイルスプリングを利用することができる。したがって、集電環の外周面を摺動するブラシに適度の接触面積と適度の接触圧を与えることができるので、ロータコイルへの安定した給電状態を確保することができるという効果が得られる。
また、保持部材によりブラシおよびコイルスプリングを保持している。そして、刷子固定部は、ブラシ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、電圧調整装置の外部接続端子と電気的、機械的に固定されている。すなわち、刷子固定部は、ブラシの略円弧形状の刷子本体より軸方向の保持部材側に突出した突出片、およびこの突出片の両側を折り曲げた弾性変形可能な２個の係止片を有している。そして、刷子固定部は、突出片と２個の係止片との間に電圧調整装置の外部接続端子が挿入されることで、突出片と２個の係止片との弾性力で、電圧調整装置の外部接続端子を挟持することにより、ブラシの刷子本体より保持部材側に突出した刷子固定部と電圧調整装置の外部接続端子との接続強度を向上できるという効果が得られる。
【００１８】
請求項４に記載の発明によれば、ブラシを保持する保持部材、電圧調整装置の外部接続端子を保持するケーシング、および軸受部材を保持する軸受保持部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、成形型の型数を低減できるので、交流発電機の製品コストを低減することができるという効果が得られる。
【００１９】
また、保持部材と軸受保持部とを一体化することにより、ハウジングと軸受保持部との隙間をなくして、ハウジング内に侵入する水や埃等の異物をシールすることができ、且つ軸受部材と軸受保持部との組付誤差、および保持部材と軸受保持部との組付誤差によるシャフトの軸芯ずれをなくすことができるという効果が得られる。さらに、刷子装置と電圧調整装置の小型化を図ることができるので、交流発電機の径方向寸法を縮径化でき、交流発電機を軽量、小型化することができるという効果が得られる。
【００２０】
請求項５に記載の発明によれば、送風装置と分割された第１、第２保持部材との間にラビリンスシールを形成することにより、ブラシと集電環との摺動部分への水や埃等の異物の侵入を防止することができるという効果が得られる。また、ゴム製のパッキンを廃止することにより、シール不良を防止することができるという効果が得られる。さらに、第１保持部材と第２保持部材との接合面がラビリンスシール内に設けられているので、第１保持部材と第２保持部材との接合面をシールするために新たにシール部材を設ける必要はなく、部品点数を軽減できるので、交流発電機の製品コストを低減することができるという効果が得られる。
【００２１】
請求項６に記載の発明によれば、ブラシとして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よりなる金属質ブラシを利用することにより、ブラシを大幅に軽量化できるので、ブラシのバネ荷重を軽減することができる。これにより、集電環およびブラシの磨耗量が大幅に少なくなり、且つブラシの振動による異常磨耗を抑えてブラシと集電環との摺動部分の長寿命化を達成することができるという効果が得られる。
【００２２】
請求項７に記載の発明によれば、集電環として炭素粉末を円環状の型に入れて焼成した炭素質部材を使用した炭素質集電環を利用することにより、集電環自身が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、金属により作られたブラシを集電環の外周に高速で摺動させても安定した磨耗とロータコイルへの安定した給電状態を確保することができるという効果が得られる。
【００２３】
請求項８に記載の発明によれば、ブラシの先端部に面取り形状の飛び出し部を設けることにより、ブラシの先端部が集電環の外周面をシャフトの軸方向に滑らかに移動させることができるので、交流発電機の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。したがって、分解作業性および組付作業性（生産性）を向上できるので、作業コストを低減できるという効果が得られる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
〔第１実施例の構成〕
図１ないし図３はこの発明の交流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。
【００２５】
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。
【００２６】
〔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）１１およびリヤハウジング（リヤフレーム）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。
【００２７】
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（前側軸受部材）１５が円筒形状の軸受保持部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部材としてのリヤベアリング（後側軸受部材）１７が円筒形状の軸受保持部１８に圧入によって固定されている。
【００２８】
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。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。
【００２９】
〔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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
〔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。
【００３３】
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）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が全てＮ極になり、他方の爪状磁極部が全てＳ極になる。そして、他方の爪状磁極部のリヤ側壁面には、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。
【００３４】
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３５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）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３５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。
【００３５】
〔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の軸受保持部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）３６が座付きナット３７とフロントベアリング１５との間に締結固定されている。
【００３６】
このＶリブドプーリ３６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３６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。
【００３７】
〔集電装置の説明〕
次に、集電装置６について図１、図２および図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（以下スリップリングと呼ぶ）４１、４２、およびこれらのスリップリング４１、４２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）４３、４４等から構成されている。
【００３８】
２個のスリップリング４１、４２は、シャフト５の他端部（後端部、リヤ側端部）の外周に設けられている。これらのスリップリング４１、４２の材質として、銅とカーボンとを混合した炭素粉末を円環状の型に入れて焼成した炭素（カーボン）質部材が使用されている。
【００３９】
なお、スリップリング４１は正極側炭素質集電環であり、スリップリング４２は負極側炭素質集電環である。また、２個のコネクションバー４３、４４の他端部には、図２に示したように、界磁コイル３４の端末線３８、３９が半田付け等の手段により電気的に接合されている。そして、２個のスリップリング４１、４２の材質として、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を用いても良い。
【００４０】
〔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、４２と２個のコネクションバー４３、４４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、４２の配線部と２個のコネクションバー４３、４４との接続箇所を保護する端子保護部材でもある。
【００４１】
送風装置７は、遠心式ファンを構成する複数の翼部（ブレード）４５、これらの翼部４５を支持する円環板状の翼固定部４６、およびスリップリング４１、４２をインサート成形した円筒状の集電環固定部４７等から構成されている。翼固定部４６は、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）に嵌合部としての凹状部４８を設けている。
【００４２】
集電環固定部４７は、２個のスリップリング４１、４２および２個のコネクションバー４３、４４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。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）を使用することが望ましい。
【００４３】
〔刷子装置の説明〕
次に、刷子装置８について図１ないし図３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、４２の各々の外周を摺動して各々と電気的に接続する２個の金属質刷子（以下ブラシと呼ぶ）５１、５２、これらのブラシ５１、５２を支持固定する刷子保持器５３、２個のブラシ５１、５２に所定の接触圧を与えるコイルスプリング５４、５５、および刷子保持器５３にインサート成形された２個の接続ターミナル５６、５７等から構成されている。
【００４４】
２個のブラシ５１、５２は、板厚が例えば０．５〜２．０ｍｍの金属板をプレス加工のみにより折り曲げることにより一体成形され、２個のスリップリング４１、４２を介して界磁コイル３４に励磁電流を供給する固定側刷子である。これらのブラシ５１、５２の材質としては、金属質部材（例えば銅合金等の薄板導電材、あるいは銅合金等の導電性の薄板弾性材）が使用されている。なお、ブラシ５１は正極側固定刷子であり、ブラシ５２は負極側固定刷子である。
【００４５】
２個のブラシ５１、５２の先端部は、２個のスリップリング４１、４２の外周面を接触する接点部（刷子本体）であって、コの字状の断面を有するようにプレス成形されている。また、２個のブラシ５１、５２の後端部は、接続ターミナル５６、５７に２個のピグテール（正極側ピグテールは図示せず）５８を介して電気的に接続される接続部（突出片）であって、一文字状の断面を有するようにプレス成形されている。
【００４６】
２個のピグテール５８は、銅線等の導電性金属線の搓り線であり、外側を電気絶縁性部材により覆われている。これらのピグテール５８は、一端部が２個のブラシ５１、５２の後端部にろう付け等の接合手段を用いて接合され、他端部が２個の接続ターミナル５６、５７の先端部にろう付け等の接合手段を用いて接合されている。
【００４７】
刷子保持器５３は、本発明の保持部材であって、２個のブラシ５１、５２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。この刷子保持器５３は、第１刷子保持部材６１と第２刷子保持部材６２に２分割されている。第１刷子保持部材６１は、本発明の第１保持部材であって、刷子保持部（ブラシホルダー部、ブラシホルダー本体）６３、刷子保持部６３の前端側より軸方向へ延長された円筒状の集電環被覆部（スリップリングカバー部）６５、および後記する電圧調整装置１０のケーシング６６を一体成形している。
【００４８】
刷子保持部６３は、接続ターミナル５６、５７をインサート成形しており、接続ターミナル５６、５７の各々の先端部を突出した状態で接続ターミナル５６、５７を保持している。刷子保持部６３の内周面の一部には、ブラシ５１、５２、コイルスプリング５４、５５およびピグテール５８を格納するための角筒形状のボックス（刷子収納部）６７ａ、６７ｂが一体成形されている。集電環被覆部６５は、送風装置７と共に、２個のスリップリング４１、４２と２個のブラシ５１、５２との摺動部分の周囲を略Ｌ字状に覆っている。
【００４９】
第２刷子保持部材６２は、本発明の第２保持部材であって、第１刷子保持部材６１と同一の樹脂質部材により略円筒形状に一体成形され、第１刷子保持部材６１の外周面に溶着等の接合手段を用いて接合されている。第２刷子保持部材６２は、送風装置７の翼固定部４６と対向する先端部（前端部）に、翼固定部４６の凹状部４８に嵌め合わされる被嵌合部としての凸状部６８を有している。この凸状部６８は、第１刷子保持部材６１の集電環被覆部６５の前端部よりも前方側に突出している部分である。
【００５０】
このため、第１刷子保持部材６１の集電環被覆部６５および第２刷子保持部材６２の凸状部６８は、翼固定部４６の凹状部４８との間に断面形状が略Ｕ字形状のラビリンスシール６０が形成される。このラビリンスシール６０は、全周切れ目なく円環状に形成されている。また、第２刷子保持部材６２は、第１刷子保持部材６１の集電環被覆部６５との接合部がラビリンスシール６０内に設けられている。
【００５１】
また、第１刷子保持部材６１の刷子保持部６３の後端部および第２刷子保持部材６２の後端部とは、リヤベアリング１７を保持する軸受保持部１８の前端部に圧入固定され、刷子保持器５３とリヤハウジング１２の軸受保持部１８との間に形成される隙間をシールしている。したがって、２個のスリップリング４１、４２と２個のブラシ５１、５２との摺動部分が存する円筒状空隙Ｓは、送風装置７および刷子保持器５３により気密的にシールされることになる。
【００５２】
２個のコイルスプリング５４、５５は、２個のブラシ５１、５２を２個のスリップリング４１、４２の外周面にそれぞれ押圧させる圧縮コイルスプリングである。２個のコイルスプリング５４、５５は、先端部が２個のブラシ５１、５２の先端部の背面に保持され、他端部が第１刷子保持部材６１のボックス６７ａ、６７ｂの底面に保持されている。
【００５３】
接続ターミナル５６、５７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。接続ターミナル５６は、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正極側給電端子である。接続ターミナル５７は、刷子装置８の外部接続端子であって、本発明の電圧調整装置の外部接続端子であって、接続ターミナル５６に対して逆側に延びるように断面形状が略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負極側給電端子である。
【００５４】
〔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。
【００５５】
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５６および正極側冷却フィン７３に固定ねじ７２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）で、車両用交流発電機１のＢ端子を構成する。
【００５６】
正極側冷却フィン７３は、負極側冷却フィン７４と共に刷子保持器５３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ハウジング１２の内側面に固定されている。負極側冷却フィン７４は、リヤハウジング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。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。
【００５７】
３個の正極側、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。
【００５８】
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。
【００５９】
〔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６６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５７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６６に保持され、且つ２個のブラシ５１、５２に機械的に接続されている。
【００６０】
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。
【００６１】
ケーシング６６は、電気絶縁性の樹脂質部材（例えばＰＰＳ樹脂等）により刷子保持器５３と一体成形され、リヤハウジング１２に固定ねじ８０により締結固定される複数のブラケット８１を有している。これにより、ケーシング６６は、刷子保持器５３および２個のブラシ５１、５２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６６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。
【００６２】
〔第１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４に基づいて簡単に説明する。
【００６３】
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３６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個のスリップリング４１、４２が回転する。
【００６４】
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５６→ピグテール（図示せず）→スリップリング４１→コネクションバー４３→界磁コイル３４→コネクションバー４４→スリップリング４２→ブラシ５２→ピグテール５８→接続ターミナル５７（励磁電流出力端子）→電圧調整装置１０→リヤハウジング１２→ボディのように励磁電流が流れる。
【００６５】
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個の爪状磁極部が磁化する。これにより、一方の爪状磁極部が全てＮ極になり、他方の爪状磁極部が全てＳ極になる。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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４５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。
【００６９】
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４５の冷却風によって直接冷却される。
【００７０】
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。
【００７１】
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、４２とブラシ５１、５２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、刷子保持器５３の軸受保持部６４によってスリップリング４１、４２とブラシ５１、５２との摺動部分が存する円筒状空隙Ｓのリヤハウジング１２側がシールされている。
【００７２】
さらに、刷子保持部６３および集電環被覆部６５によって円筒状空隙Ｓの外周側がシールされ、翼固定部４６の凹状部４８と刷子保持器５３の凸状部６８との間のラビリンスシール６０によって円筒状空隙Ｓのポールコア３３側がシールされている。これによって、スリップリング４１、４２とブラシ５１、５２との摺動部分で発生する磨耗粉がハウジング２内に飛散することを防止できる。
【００７３】
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と刷子保持器５３とで囲まれた空間内、すなわち、スリップリング４１、４２とブラシ５１、５２との摺動部分が存する円筒状空隙Ｓ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。
【００７４】
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、４２と刷子保持器５３に保持された接続ターミナル５６、５７に機械的に固定された２個のブラシ５１、５２とが高速回転で摺動して摩耗する。
【００７５】
しかるに、２個のスリップリング４１、４２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、スリップリング４１、４２自身の摩擦係数を軽減することにより、従来の銅合金製のスリップリング１２１と比較してスリップリング４１、４２の摩耗量が大幅に軽減される。
【００７６】
また、２個のブラシ５１、５２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個のブラシ５１、５２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、４２および２個のブラシ５１、５２の耐久寿命を長期化することができる。
【００７７】
〔第１実施例の効果〕
以上により、この実施例の車両用交流発電機１は、ブラシ５１、５２の先端部をコイルスプリング５４、５５によってスリップリング４１、４２の外周面に押圧することにより、スリップリング４１、４２の外周面を摺動するブラシ５１、５２に適度の接触面積と接触圧を与えることができる。このため、保持部材に保持されたブラシ５１、５２とシャフト５と一体的に回転するスリップリング４１、４２とが摺動する際に、ブラシ５１、５２の振動による異常磨耗を抑えることができるので、ブラシ５１、５２とスリップリング４１、４２との摺動部分の長寿命化を達成することができる。
【００７８】
また、界磁コイル３４に安定した電力を供給できるので、ロータ４のポールコア３３の回転に伴って三相のステータコイル３２に安定した交流出力を発生させることができることにより、車両用交流発電機１の出力効率の低下を防止することができる。なお、この実施例では、金属製のブラシ５１、５２をコイルスプリング５４、５５の付勢力を利用してスリップリング４１、４２に押圧している。コイルスプリング５４、５５を利用した理由は、板バネ単体と比較してバネ荷重に対するバネ変形量を大きくとれる点、バネ定数の異なるコイルスプリングに変更することにより接触圧の変更がし易いという点などが挙げられる。
【００７９】
次に、スリップリング４１、４２を炭素質部材により製作し、ブラシ５１、５２を金属質部材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、ブラシの材質が摩耗部材（炭素質部材）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、さらに電圧調整装置の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装置の近傍に配置している。このため、図９に示したように、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。
【００８０】
しかし、この実施例のようにブラシ５１、５２を金属質部材で製作することにより、ブラシ５１、５２が摩耗し難くなるので、従来の摩耗部材で製作したブラシ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、ブラシ５１、５２を極めて薄くすることができる。すなわち、ブラシ５１、５２を薄板導電材または薄板弾性材により製作できるので、ブラシ５１、５２および刷子保持器５３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、ブラシ５１、５２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。
【００８１】
また、本発明のように、スリップリング４１、４２を炭素質部材で製作して、スリップリング４１、４２自身の自己潤滑性（摩擦係数の軽減）、およびブラシ５１、５２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（図９のスリップリング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、ブラシ５１、５２の軽量化のためにブラシ５１、５２のバネ荷重が低減することによりスリップリング４１、４２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、４２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。
【００８２】
そして、ブラシ５１、５２が金属質部材で製作されていることにより、ブラシ５１、５２においてスリップリング４１、４２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、ブラシ５１、５２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、ブラシ５１、５２の温度上昇が抑えられてブラシ５１、５２の耐久寿命が延びる。一方、スリップリング４１、４２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、４２のうちブラシ５１、５２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、４２の温度上昇も抑えられてスリップリング４１、４２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。
【００８３】
そして、スリップリング４１、４２が炭素質部材で製作されていることにより、ブラシ５１、５２を金属質部材で製作して、そのブラシ５１、５２をスリップリング４１、４２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ので、ロータ４のポールコア３３の回転に伴って三相のステータコイル３２に安定した交流出力を発生させることができることにより、車両用交流発電機１の出力効率の低下を防止することができる。
【００８４】
次に、送風装置７および刷子保持器５３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、４２および２個のブラシ５１、５２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。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、４２および２個のブラシ５１、５２に触れると、これらのスリップリング４１、４２およびブラシ５１、５２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。
【００８５】
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、４２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の翼固定部４６と刷子保持器５３の集電環被覆部６５との互いの対向面に形成した凹状部４８と凸状部６８との間に円環状のラビリンスシール６０を設けている。
【００８６】
したがって、２個のスリップリング４１、４２と２個のブラシ５１、５２との摺動部分が存する円筒状空隙Ｓは、前端側（ポールコア３３の後端壁側）がラビリンスシール６０により気密化（シール）され、外周側が刷子保持器５３の集電環被覆部６５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）が刷子保持器５３の刷子保持部６３および軸受保持部１８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、４２と２個のブラシ５１、５２との摺動により発生する摩耗粉が円筒状空隙Ｓ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。
【００８７】
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、４２と２個のブラシ５１、５２との摺動部分が存する円筒状空隙Ｓ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４１、４２および２個のブラシ５１、５２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、４２および２個のブラシ５１、５２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、４２および２個のブラシ５１、５２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。
【００８８】
次に、刷子保持器５３の刷子保持部６３と電圧調整装置１０のケーシング６６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６３とケーシング６６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。
【００８９】
また、刷子保持部６３とケーシング６６とを別体で製作すると、刷子装置８の接続ターミナル５６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。
【００９０】
次に、送風装置７の複数の翼部４５および翼固定部４６と集電環固定部４７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４５および翼固定部４６と集電環固定部４７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４７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４７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、４２とコネクションバー４３、４４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およびシャフト５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。これにより、車両用交流発電機１の生産性を向上できるので、車両用交流発電機１の製品コストを低減することができる。
【００９１】
〔第２実施例の構成〕
図４ないし図８はこの発明の交流発電機を車両用交流発電機に適用した第２実施例を示したもので、図４はその車両用交流発電機の全体構造を示した図で、図５は刷子装置、三相整流装置および電圧調整装置を示した図である。
【００９２】
この実施例の刷子装置８は、２個のスリップリング４１、４２の各々の外周を摺動して各々と電気的に接続する２個のブラシ５１、５２、これらのブラシ５１、５２を支持固定する刷子保持器５３、２個のブラシ５１、５２に所定の接触圧を与えるコイルスプリング５４、５５、および刷子保持器５３にインサート成形された２個の接続ターミナル５６、５７等から構成されている。
【００９３】
２個のブラシ５１、５２は、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の導電性の薄板弾性材）が使用されており、板厚が例えば０．５〜２．０ｍｍの金属板をプレス加工のみにより折り曲げることにより一体成形されている。これらのブラシ５１、５２は、図６および図７に示したように、２個のスリップリング４１、４２の各々を１／４円弧状に囲むように設けられた略円弧形状の刷子本体（アーム部、腕状部）９０、およびこの刷子本体９０より刷子保持器５３側に突出した刷子固定部９１がそれぞれ形成されている。この刷子本体９０の先端部には、スリップリング４１、４２の外周面とそれぞれ接触する接点部９２が一体成形されている。
【００９４】
接点部９２は、各スリップリング４１、４２の外周面を摺動する摺動部分で、刷子本体９０自身のバネ特性により各スリップリング４１、４２との接触圧を確保している。これらの接点部９２の３辺からは、３個の延長片（飛び出し部）９３が突き出している。３個の延長片９３は、各スリップリング４１、４２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、あるいは各スリップリング４１、４２の周方向先端よりそれぞれ周方向の外側に向けて延長され、且つ各接点部９２の軸方向または周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。
【００９５】
刷子固定部９１は、ブラシ５１、５２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５６、５７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９１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。すなわち、刷子固定部９１は、図６に示したように、刷子本体９０の後端部（頂端部）より軸方向に突出した突出片９４、およびこの突出片９４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２個の係止片９５を有している。そして、刷子固定部９１は、接続ターミナル５６、５７の先端部が突出片９４と２個の係止片９５との間に挿入されることにより、突出片９４と係止片９５との弾性力で接続ターミナル５６、５７の先端部を挟持する。
【００９６】
刷子保持器５３は、本発明の保持部材であって、図６および図８に示したように、第１刷子保持部材６１と第２刷子保持部材６２に２分割されている。第１刷子保持部材６１は、刷子保持部６３、この刷子保持部６３の内周側に設けられた円筒形状の軸受保持部（ベアリングホルダー部）６４、刷子保持部６３の前端側より軸方向へ延長された円筒状の集電環被覆部６５、および電圧調整装置１０のケーシング６６を一体成形している。軸受保持部６４は、リヤハウジング１２の軸受保持部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。
【００９７】
第２刷子保持部材６２は、第１刷子保持部材６１の刷子保持部６３および集電環被覆部６５との接合部分と共に、ブラシ５１、５２およびコイルスプリング５４、５５を格納するための角筒形状のボックス（刷子収納部）６７ａ、６７ｂを形成している。また、第２刷子保持部材６２の後端側の環状部分には、接続ターミナル５６、５７が貫通する貫通孔６２ｂが形成されている。第１、第２刷子保持部材６１、６２は、送風装置７の翼固定部４６と対向する先端部（前端部）に、翼固定部４６の凸状部４９に嵌め合わされる被嵌合部としての凹状部６９を有している。
【００９８】
このため、第１、第２刷子保持部材６１、６２の凹状部６９は、翼固定部４６の凸状部４９との間に断面形状が略Ｕ字形状のラビリンスシール６０が形成される。このラビリンスシール６０は、全周切れ目なく円環状に形成されている。また、第２刷子保持部材６２は、第１刷子保持部材６１の刷子保持部６３および集電環被覆部６５との接合部がラビリンスシール６０内に設けられている。
【００９９】
また、第１刷子保持部材６１の軸受保持部６４は、リヤベアリング１７を保持する軸受保持部１８の前端部の内周に圧入固定され、刷子保持器５３とリヤハウジング１２の軸受保持部１８との間に形成される隙間をシールしている。したがって、２個のスリップリング４１、４２と２個のブラシ５１、５２との摺動部分が存する円筒状空隙Ｓは、送風装置７および刷子保持器５３により気密的にシールされることになる。
【０１００】
２個のコイルスプリング５４、５５は、本発明のコイルスプリングであって、２個のブラシ５１、５２の接点部９２を２個のスリップリング４１、４２の外周面にそれぞれ押圧させる圧縮コイルスプリングである。２個のコイルスプリング５４、５５は、先端部が２個のブラシ５１、５２の接点部９２の背面に保持され、他端部が第１、第２刷子保持部材６１、６２のボックス６７ａ、６７ｂの底面に保持されている。
接続ターミナル５６、５７の先端部は、各ブラシ５１、５２の刷子固定部９１の突出片９４と係止片９５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。
【０１０１】
〔第２実施例の効果〕
この実施例の車両用交流発電機１は、第１実施例と同様の効果を備え、さらに次の効果を備える。
先ず、車両用交流発電機１のブラシ５１、５２の材質として銅合金のバネ鋼を使用した場合の効果について説明する。
従来のようにブラシとして炭素質刷子を使用した場合には、接触電気抵抗を小さくするために、カーボン粉末中に銅粉等の金属粉末を混合して接触電気抵抗とブラシの摩耗寿命によりその配合比を決めていた。そして、銅粉等の金属粉末をカーボン粉末に配合することにより、ブラシの重量が重たくなるため振動による不具合（例えばブラシとスリップリングとの過剰な磨耗等）を考慮しなければならなかった。なお、ブラシの耐振動は、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。
【０１０２】
【数１】
耐振動∝｛（ｋ×バネ荷重）／（刷子重さ）｝＋｛スプリング重さ｝
上記の数１の式から、ブラシの重量を軽量化すると、ブラシのバネ荷重を小さくできることが分かる。
【０１０３】
この発明では、ブラシとしてスプリングおよびピグテールを兼ねたブラシ５１、５２を使用し、このブラシ５１、５２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、ブラシ５１、５２の重量、特に刷子本体９０の重量を大幅に軽量化している。
【０１０４】
これにより、ブラシ５１、５２のバネ荷重を従来の炭素質刷子（図９のブラシ１２３）と比較して大幅に低減できるので、ブラシ５１、５２の摩耗量が大幅に低減でき、且つブラシ５１、５２の振動による不具合を抑制できることによりブラシ５１、５２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。
【０１０５】
次に、刷子保持器５３の刷子保持部６３と軸受保持部６４と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６４とブラシ５１、５２を接続ターミナル５６、５７を介して保持する刷子保持部６３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６３と軸受保持部６４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６４との組付け誤差および刷子保持部６３と軸受保持部６４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。
【０１０６】
したがって、２個のスリップリング４１、４２と２個のブラシ５１、５２との摺動部分が存する円筒状空隙Ｓは、前端側（ポールコア３３の後端壁側）がラビリンスシール６０により気密化（シール）され、外周側が刷子保持器５３の集電環被覆部６５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）が刷子保持器５３の刷子保持部６３および軸受保持部６４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、４２と２個のブラシ５１、５２との摺動により発生する摩耗粉が円筒状空隙Ｓ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。
【０１０７】
また、図６に示したように、ブラシ５１、５２の刷子本体９０の形状を１／４円弧形状に形成することにより、ブラシ５１、５２がスリップリング４１、４２の外周に接触する時の接触圧の合成ベクトルが小さくなるので、接続ターミナル５６、５７に機械的に固定される刷子固定部９１にその接触圧の力が加わらない構造となる。
【０１０８】
そして、図６に示したように、ブラシ５１、５２の接点部９２の軸方向の両側に面取り形状の延長片９３を設けることにより、接点部９２が軸方向に滑らかに移動することができるので、ブラシ５１、５２をスリップリング４１、４２の外周に組付けたり、ブラシ５１、５２をスリップリング４１、４２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。
【０１０９】
また、本発明のブラシ５１、５２は導電性の薄板弾性材（板金）でありプレス加工だけで図６の形状に成形加工できるので、ブラシ５１、５２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、ブラシ５１、５２の長寿命化を達成できる。
【０１１０】
次に、ブラシ５１、５２の固定方法（支持構造）による効果について説明する。
ブラシ５１、５２の刷子固定部９１と接続ターミナル５６、５７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５６、５７と一体で電気絶縁性の樹脂質部材にて刷子保持器５３を一体成形する場合には、接続ターミナル５６、５７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、ブラシ５１、５２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５６、５７と刷子固定部９１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。接続ターミナル５６、５７と刷子固定部９１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、ブラシ５１、５２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６参照）による固定方法が最適である。
【０１１１】
〔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、本発明を車両搭載用エンジンを除く内燃機関、電動モータ、水車または風車等の駆動源により回転駆動しても良い。
【０１１２】
この実施例では、スリップリング４１、４２の材質として炭素質部材を使用したが、スリップリング４１、４２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、ブラシ５１、５２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。
【０１１３】
この実施例では、集電環（スリップリング）としてスリップリング４１、４２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、金属製のブラシとして金属質部材よりなるブラシ５１、５２を利用したが、２個のブラシのうち一方の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。さらに、ブラシ５１、５２にピグテールをそれぞれ一体成形しても良い。
【０１１４】
この実施例では、複数の翼部４５、これらの支持する翼固定部４６およびスリップリング４１、４２をインサート成形した集電環固定部４７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４５または翼固定部４６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。
【０１１５】
この実施例では、刷子保持器（ブラシホルダー）５３と電圧調整装置（レギュレータ）１０のケーシング６６と軸受保持部６４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、刷子保持器５３および電圧調整装置１０のみ一体成形しても良い。
【０１１６】
この実施例では、送風装置７の複数の翼部４５および翼固定部４６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翼固定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。
この実施例では、コイルスプリングとしてコイルスプリング５４、５５を利用したが、コイルスプリングとして板バネ、エアクッションまたはゴム等を利用しても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の車両用交流発電機の主要部構造を拡大した断面図である（第１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（第１実施例）。
【図３】本発明の刷子装置、三相整流装置および電圧調整装置を示した側面図である（第１実施例）。
【図４】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（第２実施例）。
【図５】本発明の刷子装置、三相整流装置および電圧調整装置を示した側面図である（第２実施例）。
【図６】本発明の集電装置と刷子装置を示した斜視図である（第２実施例）。
【図７】本発明の刷子装置を示した側面図である（第２実施例）。
【図８】本発明の刷子保持器を示した断面図である（第２実施例）。
【図９】従来の車両用交流発電機の全体構造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
１０  電圧調整装置
１７  リヤベアリング（軸受部材）
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  スリップリング（集電環）
５１  ブラシ
５２  ブラシ
５３  刷子保持器（保持部材）
５４  コイルスプリング
５５  コイルスプリング
５６  接続ターミナル（外部接続端子）
５７ 接続ターミナル（外部接続端子）
５８  ピグテール
６０  ラビリンスシール
６１  第１刷子保持部材（第１保持部材）
６２  第２刷子保持部材（第２保持部材）
６３  刷子保持部
６４  軸受保持部
６５  集電環被覆部
６６  ケーシング
９０  刷子本体
９１  刷子固定部
９２  接点部
９３  延長片（飛び出し部）
９４ 突出片
９５ 係止片
【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】
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【図９】
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