(57)【要約】【課題】刷子装置が集電環に対して下側に刷子が配置された場合でも刷子容器から刷子摩耗粉等の異物を確実に排出可能な車両用交流発電機を提供する。【解決手段】刷子容器４３が刷子摩耗粉等の異物を排出するための排出孔４５を備えているので、刷子装置４が集電環２７に対して下側に刷子４１が配置されるように取り付けられた場合、すなわち、刷子容器４３の開口部４３ａを天方向に向け、刷子４１が天方向に押圧される場合であっても、刷子４１と集電環２７とが摺接して刷子４１が摩耗することによって生じる摩耗粉等の異物が、刷子容器４３に設けられた排出孔４５から外部へ確実に排出されるため、刷子摩耗粉等が刷子容器４３内へ堆積して刷子４１の動作が阻害される状態となることを防止できる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸に設けられて巻線と電気的に接続される集電環を有する回転子と、前記集電環に摺接する刷子を一面が開口された略箱形の刷子容器に収納してなる刷子装置とを備えた車両用交流発電機において、
前記刷子容器は、異物を排出するための排出孔を備えたことを特徴とする車両用交流発電機。
【請求項２】
前記排出孔は、前記刷子容器の前記開口とは反対側の面又はその近傍に設けられたことを特徴とする請求項１に記載の車両用交流発電機。
【請求項３】
前記排出孔は、略迷路形状に形成されたことを特徴とする請求項１又は２に記載の車両用交流発電機。
【請求項４】
前記集電環を覆うカバー部材を更に備え、
前記集電環と前記カバー部材との間に前記集電環側から視て前記刷子容器側に開口する通風経路が形成されたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の車両用交流発電機。
【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の車両に搭載される車両用交流発電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両用交流発電機は、原動機から動力を得て発電を行い、バッテリへの充電を行うとともに、原動機の点火、車内外照明、車内空調、音響機器、その他の各種電装品へ電源供給を行うものである。従来、車両用交流発電機の刷子寿命を確保するために、刷子装置の防水性を考慮して設計すると共に、その効果が発揮されるように、刷子装置を回転子に設けられる集電環の上方に配設するようにしていた（例えば、特許文献１等参照。）。
【０００３】
一方、近年、自動車の快適性向上のためのデバイスや、排出ガス規制に代表される各種法規制へ対応するためのデバイスをエンジンへ装着したりエンジンルーム内へ配置する構成を採用することが増加する傾向にある。また、衝突安全性を確保する手段としてエンジンルーム内には、衝撃を吸収するために、一定の空間を確保するよう設計される傾向がある。その結果、エンジンルーム内の機器は、集積度を高めて配置・装着することになる。エンジンへ装着される補機も例外ではなく、とりわけ車両用交流発電機は他の補機に対して比較的小さいこと、エンジン・ボディとの接続配線はフレキシブルなワイヤ類であることから、他の補機類に対して比較的配置の自由度は高い。従って、車両メーカーにおいては、他の補機類やデバイス類の配置を決定した後に、車両用交流発電機をエンジンルーム内の余剰空間へ配置するよう設計する場合が増えつつある。
【０００４】
このような背景から、最近では、刷子装置が集電環の下方に配置される場合が多くなっている。そして、そのような配置であっても従来並の防水性を確保可能な刷子装置が提案されている（例えば、特許文献２等参照。）。
【特許文献１】特開２０００−１３９０５８号公報
【特許文献２】特開２００６−６０００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、車両用交流発電機の刷子は集電環と摺接して給電する構成であるため、徐々に摩耗して摩耗粉を生じることが知られており、刷子装置の防水性を確保することと同様に刷子摩耗粉の排出を確実に行うことも重要な課題となっている。しかしながら、カバー部材を備えた従来の刷子装置では、集電環の下方に配置した場合でも防水性を確保できるものの、刷子装置の刷子容器が天方向に開口部を持った袋状をなしているため、刷子摩耗粉が容器内に堆積し、刷子の動作を阻害する可能性があるという問題があった。
【０００６】
本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、刷子装置が集電環に対して下側に刷子が配置されるように取付けられた場合でも刷子容器から刷子摩耗粉等の異物を確実に排出可能な車両用交流発電機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
以下、上記課題を解決するのに適した各手段につき、必要に応じて作用効果等を付記しつつ説明する。
【０００８】
１．回転軸に設けられて巻線と電気的に接続される集電環を有する回転子と、前記集電環に摺接する刷子を一面が開口された略箱形の刷子容器に収納してなる刷子装置とを備えた車両用交流発電機において、
前記刷子容器は、異物を排出するための排出孔を備えたことを特徴とする車両用交流発電機。
【０００９】
手段１によれば、刷子容器が異物を排出するための排出孔を備えているので、刷子装置が集電環に対して下側に刷子が配置されるように取り付けられた場合、すなわち、刷子容器の開口を天方向に向け、刷子が天方向に押圧される場合であっても、刷子と集電環とが摺接して刷子が摩耗することによって生じる刷子摩耗粉等の異物が、刷子容器に設けられた排出孔から外部へ確実に排出されるため、異物が刷子容器内へ堆積して刷子の動作が阻害される状態となることを防止できる。
【００１０】
２．前記排出孔は、前記刷子容器の前記開口とは反対側の面又はその近傍に設けられたことを特徴とする手段１に記載の車両用交流発電機。
【００１１】
手段２によれば、排出孔が刷子容器の開口とは反対側の面又はその近傍に設けられているので、刷子装置が集電環に対して下側に刷子が配置されるように取り付けられた場合に、刷子容器の開口とは反対側の面に刷子摩耗粉等の異物が堆積することを確実に防止できる。
【００１２】
３．前記排出孔は、略迷路形状に形成されたことを特徴とする手段１又は２に記載の車両用交流発電機。
【００１３】
手段３によれば、排出孔が略迷路形状に形成されているので、水等の液体が外部から排出孔を通って刷子容器内へ浸入することを防止しつつ、刷子摩耗粉等の異物を外部へ確実に排出することができる。
【００１４】
４．前記集電環を覆うカバー部材を更に備え、
前記集電環と前記カバー部材との間に前記集電環側から視て前記刷子容器側に開口する通風経路が形成されたことを特徴とする手段１乃至３のいずれかに記載の車両用交流発電機。
【００１５】
手段４によれば、刷子容器を含んで構成される刷子装置が集電環に対して下側に刷子が配置されるように取り付けられた場合、刷子容器とカバー部材との間に形成される通風経路の開口が地方向に向くため、刷子装置内部に水等の異物が侵入することを防止することができる。よって、カバー部材により防水性を確保しつつ、刷子と集電環との摺動によって発生する摩擦熱による温度上昇を抑制すると共に、刷子容器に設けられた排出孔により刷子摩耗粉等の異物を確実に排出することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の車両用交流発電機を具体化した一実施形態について図面を参照しつつ具体的に説明する。図１は、本実施形態の車両用交流発電機（以下、オルタネータと称する）１の全体構成を示す縦断面図である。
【００１７】
オルタネータ１は、冷却ファンを内蔵するオルタネータであって、図１に示すように、ロータ（回転子）２、ステータ（固定子）３、刷子装置４、整流装置５、ＩＣレギュレータ６、ドライブフレーム７、リアフレーム８、プーリ９、リアカバー１０等を含んで構成される。
【００１８】
ロータ２は、絶縁処理された銅線を円筒状かつ同心状に巻き回した界磁巻線２１を、それぞれが６個の爪部を有するポールコア２２によって、回転軸２３を通して両側から挟み込んだ構造を有している。また、フロント側のポールコア２２の端面には、フロント側から吸い込んだ冷却風を軸方向および径方向に吐き出すための冷却ファン２５が溶接等によって取り付けられている。同様に、リヤ側のポールコア２２の端面には、リヤ側から吸い込んだ冷却風を径方向に吐き出すための冷却ファン２６が溶接等によって取り付けられている。また、回転軸２３のリヤ側端部近傍には、界磁巻線２１の両端に電気的に接続された２つの集電環（スリップリング）２７が形成されており、これらの集電環２７を介して刷子装置４から界磁巻線２１に対して給電が行われる。ステータ３は、ステータ鉄心３２と、３相のステータ巻線３３等とを備えている。
【００１９】
刷子装置４は、整流装置５からロータ２の界磁巻線２１に励磁電流を流すためのものであり、ロータ２の回転軸２３に設けられた２つの集電環２７のそれぞれに押圧する２つの刷子４１を有する。本実施形態では、オルタネータ１が車両に組み付けられた際に、集電環２７に対して刷子４１が下側に配置されて天方向に押圧されるように刷子装置４の組み付け位置が設定されている。
【００２０】
整流装置５は、三相のステータ巻線３３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力を得るためのものである。リアカバー１０は、リアフレーム８の外側に取り付けられる刷子装置４、整流装置５、ＩＣレギュレータ６等の電気部品を覆って、これらを保護するためのものである。このリアカバー１０は、金属ナットによってリアフレーム８から延びるボルトに、整流装置５を挟み込んだ状態で締め付け固定されている。
【００２１】
ドライブフレーム７及びリアフレーム８は、ロータ２及びステータ３を収容しており、ロータ２が回転軸２３を中心に回転可能な状態で支持されているとともに、ロータ２のポールコア２２の外周側に所定の隙間を介して配置されたスタータ３が固定されている。また、ドライブフレーム７とリアフレーム８は、ステータ鉄心３２の軸方向端面から突出したステータ巻線３３に対向した部分に冷却風の吐出窓を有し、軸方向端面に吸入窓を有している。
【００２２】
次に、刷子装置４の詳細構造について説明する。図２は、刷子装置４を示す拡大断面図であり、ロータ２の回転軸２３の一端に設けられた集電環２７も含んで図示されている。刷子装置４は、給電線４２を具備する刷子４１と、刷子４１を収納するための刷子容器４３と、刷子４１を適切な圧力でロータ２の回転軸２３の一端に設けられた集電環２７へ押圧するための弾性体としてのスプリング４４とから構成されている。刷子容器４３は、集電環２７に対向する一面が開口された略箱形の形状を呈する合成樹脂製部材であり、開口部４３ａとは反対側の底部４３ｂには、異物を排出するための排出孔４５が形成されている。
【００２３】
スプリング４４は、所定の荷重を生じるよう予め圧縮して刷子容器４３の底部４３ｂと刷子４１の基端側の端部４１ａとの間の空間に組み込まれている。また、刷子４１と刷子容器４３の側壁部４３ｃとの間には、刷子４１が円滑に動作できるように適切な隙間が設けられている。刷子４１の給電線４２は、金具４６に半田付けなどの方法で電気的及び機械的に結合されている。
【００２４】
さらに、刷子装置４には、集電環２７を覆う集電環カバー４７が設けられている。集電環カバー４７は、刷子容器４３との組み合わせにより、刷子４１を冷却するために外部と連通する通風経路４７ａを形成するとともに、集電環２７や刷子４１に水等の液体が掛かるのを防止したり、刷子容器４１の開口部４３ａへ液体が浸入するのを防止する機能を有している。尚、集電環２７と集電環カバー４７との間に形成された通風経路４７ａは、集電環２７側から視て刷子容器４３側に開口している。
【００２５】
上記の構成を有する刷子装置４は、刷子４１が集電環２７に対して下側に配置される場合に適している。その最も典型的なケースは、刷子４１が集電環２７の真下に位置する場合であり、図２に図示されているものである。
【００２６】
次に、オルタネータ１における刷子装置４の作用について説明する。ロータ２が、原動機から動力を受けて回転すると、集電環２７も一体に回転する。一方、刷子装置４はリアフレーム８側に回転不能に固定されているので、刷子４１は回転しない。刷子４１は、給電線４２を介して外部から電源印加され、かつ、スプリング４４によって集電環２７へ押圧されており、集電環２７と摺接しながら通電する機能を果たしている。
【００２７】
そして、刷子４１は、一般的に黒鉛が材質として用いられ、一方、集電環２７は、一般的に銅が材質として用いられるため、これら両部材の摺接作動に伴って、徐々に刷子４１が摩耗して摩耗粉Ｐが発生する。摩耗粉Ｐは、刷子４１と側壁部４３ｃとの隙間を通って、重力の作用で刷子容器４３内を地方向の底部４３ｂ側へ向かうが、排出孔４５から外部へ排出されるので、底部４３ｂに摩耗粉Ｐが堆積することがない。また、排出孔４５は、庇４５ａが設けられて略迷路形状となっているので、外部から水やその他の液体が、刷子容器４３内部へ浸入することが防止される。
【００２８】
ここで、本実施形態との比較のため、従来構造の刷子装置を集電環に対して下側に配置した第１比較例及び第２比較例を示す。
【００２９】
第１の比較例は、従来構造の刷子装置のうち、本来的には集電環よりも上側に刷子を配置する用途のものであり、図３は、第１比較例の刷子装置１０４を示す断面図である。この刷子装置１０４を集電環２７よりも下側に刷子１４１を配置して使用すれば、水などの液体が通風経路１４７ａより容易に刷子容器１４３内部へ浸入して集電環２７等の内部部品を腐食させてしまうとともに、集電環２７の腐食に伴い、刷子１４１と正常な電気的摺接が損なわれて刷子１４１が著しく摩耗する。その摩耗粉Ｐが容器開口部１４３ａから容器底部１４３ｂの間の空間へ堆積して、刷子１４１の円滑な動作を阻害するという問題が生じる。
【００３０】
第２の比較例は、従来構造の刷子装置のうち、集電環より下側に刷子を配置する用途のものであり、図４は、第２比較例の刷子装置２０４を示す断面図である。この刷子装置２０４では、集電環２７よりも下側に刷子２４１を配置して使用しても、外部と連通する通風経路２４７ａが下向きに配置されているので、水などの液体が刷子容器２４３の内部へ浸入することを防止できる。しかし、摩耗粉Ｐに関しては、その一部が通風経路２４７ａの開口から外部へ排出されるが、大部分は刷子容器２４３内の容器開口部２４３ａから容器底部２４３ｂの間の空間へ堆積することとなり、刷子２４１の円滑な動作を阻害するという問題が生じる。
【００３１】
以上詳述したことから明らかなように、本実施形態によれば、刷子容器４３が刷子摩耗粉等の異物を排出するための排出孔４５を備えているので、刷子装置４が集電環２７に対して下側に刷子４１が配置されるように取り付けられた場合、すなわち、刷子容器４３の開口部４３ａを天方向に向け、刷子４１が天方向に押圧される場合であっても、刷子４１と集電環２７とが摺接して刷子４１が摩耗することによって生じる刷子摩耗粉Ｐ等の異物が、刷子容器４３に設けられた排出孔４５から外部へ確実に排出されるため、刷子摩耗粉等が刷子容器４３内へ堆積して刷子４１の動作が阻害される状態となることを防止できる。特に、排出孔４５が刷子容器４３の開口部４３ａとは反対側の面である底部４３ｂに設けられているので、底部４３ｂに刷子摩耗粉等の異物が堆積することを確実に防止できる。
【００３２】
また、排出孔４５には庇４５ａが設けられて略迷路形状に形成されているので、水等の液体が外部から排出孔４５を通って刷子容器４３内へ浸入することを防止しつつ、刷子摩耗粉Ｐ等の異物を外部へ確実に排出することができる。
【００３３】
さらに、刷子装置４は、集電環２７を覆う集電環カバー４７を更に備え、集電環２７と集電環カバー４７との間に集電環２７側から視て刷子容器４３側に開口する通風経路４７ａが形成されているので、刷子装置４３が集電環２７に対して下側に刷子４１が配置されるように取り付けられた場合、通風経路４７ａの開口が地方向に向くため、刷子装置４内部に水等の異物が侵入することを防止することができる。よって、集電環カバー４７により防水性を確保しつつ、刷子４１と集電環２７との摺動によって発生する摩擦熱による温度上昇を抑制すると共に、刷子容器４３に設けられた排出孔４５により刷子摩耗粉等の異物を確実に排出することが可能となる。
【００３４】
尚、本発明は上述した実施の形態及び各変形例に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を施すことが可能である。
【００３５】
例えば、前記実施形態では、排出孔４５が底部４３ｂに設けられた例を示したが、刷子容器４３の開口部４３ａとは反対側の面又はその近傍であれば刷子摩耗粉等を確実に排出可能であるので、例えば、底部４３ｂ近傍の側壁部４３ｃに設ける構成としてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明は、刷子装置が集電環に対して下側に刷子が配置された車両用交流発電機に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の一実施形態である車両用交流発電機の全体構成を示す断面図である。
【図２】刷子装置を示す拡大断面図である。
【図３】第１比較例の刷子装置を示す拡大断面図である。
【図４】第２比較例の刷子装置を示す拡大断面図である。
【符号の説明】
【００３８】
１      オルタネータ（車両用交流発電機）
２      ロータ（回転子）
４      刷子装置
２１      界磁巻線（巻線）
２３      回転軸
２７      集電環
４１      刷子
４３      刷子容器
４３ａ    開口部（開口）
４３ｂ    底部（開口とは反対側の面）
４５      排出孔
４５ａ    庇
４７      集電環カバー（カバー部材）
４７ａ    通風経路
【図１】
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【図２】
2008042993.tif 000004
【図３】
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【図４】
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