(57)【要約】【課題】軸受に発生する電食や脆性剥離を防止できる車両用発電装置を提供する。【解決手段】ロータ６に巻回されている界磁コイル９の両端にサージ吸収素子１４を接続し、界磁制御回路３０で駆動用トランジスタ３１を駆動することにより、ブラシ１３、スリップリング８、界磁コイル９、スリップリング７の経路に直流電流を流し、ステータの電機子コイルから交流電圧を誘起させる。【選択図】図１
2008067547.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転子コイルが巻回された回転子と、
固定子コイルが巻回された固定子と、
前記回転子コイルが接続される接触子と、
前記接触子に接触して前記回転子コイルに電流を流すためのブラシと、
前記接触子よりも前記回転子コイル側で、前記回転子コイルの両端に並列接続されるサージ電圧吸収素子とを備える、車両用発電装置。
【請求項２】
前記固定子は前記回転子の外周面に対向して配置され、
前記回転子コイルは界磁コイルである、請求項１に記載の車両用発電装置。
【請求項３】
前記サージ電圧吸収素子は、ダイオード、コンデンサ、抵抗のいずれかの素子単体またはこれらの素子の組合せを含む、請求項１または２に記載の車両用発電装置。
【請求項４】
前記界磁コイルをパルス幅変調制御する制御手段を含む、請求項２または３に記載の車両用発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は車両用発電装置に関し、特に、自動車のバッテリを充電するために交流電圧を発生するオルタネータのような車両用発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図３は従来のオルタネータ１の一例を示す断面図である。
【０００３】
図３において、オルタネータ１はハウジング２を含み、ハウジング２内の一方側と他方側に転がり軸受３，４が設けられている。転がり軸受３，４は、回転軸５を回転可能に支持している。回転軸５には、図示しないエンジンから回転ベルトを介して回転力が伝達される。回転軸５には、ロータ６とスリップリング７，８とが取付けられている。ロータ６には界磁コイル９が巻回されている。ロータ６の外周面に対向するようにステータ１０がハウジング２内に設けられており、ステータ１０には電機子コイル１１が巻回されている。界磁コイル９はスリップリング７，８に接続されており、ブラシ１２，１３がスリップリング７，８に接触している。
【０００４】
このように構成されたオルタネータ１において、図示しないバッテリからブラシ１２，１３を介してスリップリング７，８に直流電圧を供給すると、ロータ６の界磁コイル９に電流が流れることにより、回転磁界が発生する。この回転磁界によりステータ１０に巻回されている電機子コイル１１に交流電圧が誘起される。この誘起された交流電圧は、外部に設けられている図示しないレギュレータにより直流に変換され、この直流電圧によってバッテリが充電される。
【０００５】
このようなオルタネータ１において、界磁コイル９に流れる電流が一定であれば問題が生じることはない。しかし、ブラシ１２とスリップリング７あるいはブラシ１３とスリップリング８との接触抵抗の変化や界磁コイル９に流れる界磁電流に変化が生じると、界磁コイル９の両端の電圧が大きく変動し、サージ電圧が発生する。このサージ電圧の発生によりブラシ１２とスリップリング７あるいはブラシ１３とスリップリング８との接触面で火花が発生する。
【０００６】
この火花の発生を防止するために、界磁コイル９の両端電圧が一定値以上にならないように、例えばダイオードＤがブラシ１２と１３との間に接続される。界磁コイル９は通常３相設けられており、それぞれの界磁コイルにダイオードが接続される。そのような例は、特開平１０−２６２３４３号公報（特許文献１）に記載されている。
【特許文献１】特開平１０−２６２３４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ブラシ１２と１３との間に接続されるダイオードＤは、ブラシ１２または１３に接続される界磁電流制御のためのパワー素子の保護や、その他の電子機器へのノイズ防止を目的としており、ロータ６に巻回されている界磁コイル９側の電圧を制御することを目的としていない。
【０００８】
このため、転がり軸受３，４には、軸受に電流が流れたことに起因する電食や脆性剥離が生じる。ここで、電食とは、回転中の軸受（ボールベアリング）の内部を電流が通過することにより、軌道輪と転動体の接触面が損傷する現象である。脆性剥離とは、鋼中への水素の侵入による金属材料の水素脆化である。
【０００９】
すなわち、界磁コイル９にサージ電圧が発生すると、界磁コイル９と、コイルが巻回されている鉄心（磁路）との間の静電結合により、回転軸５にサージ電圧と同等の電圧が誘起されることが予想される。同様の現象は、インバータで駆動される誘導電動機でも見られ、例えば富士時報ＶＯＬ，７２Ｎｏ２  １９９９  １４４頁において解析されている。この解析と同じ理屈により、図３に示したオルタネータ１の回転軸５に誘起された電圧は、転がり軸受３，４を介してハウジング２に流れ、転がり軸受３，４の軸受軌道面に電食が発生する。
【００１０】
そこで、この発明の目的は、軸受に発生する電食を防止できる車両用発電装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この発明は、回転子コイルが巻回された回転子と、固定子コイルが巻回された固定子と、回転子コイルが接続される接触子と、接触子に接触して回転子コイルに電流を流すためのブラシと、接触子よりも回転子コイル側で、回転子コイルの両端に並列接続されるサージ電圧吸収素子とを備える。サージ電圧吸収素子によりサージ電圧を吸収できるのでブラシと接触子との間でスパークが発生するのを阻止できるとともに、軸受に発生する電食を防止できる。
【００１２】
具体的な実施形態では、固定子は回転子の外周面に対向して配置され、回転子コイルは界磁コイルである。界磁コイルに発生する逆起電力によるエネルギーをサージ電圧吸収素子を介して界磁コイルで消費できる。
【００１３】
好ましくは、サージ電圧吸収素子は、ダイオード、コンデンサ、抵抗のいずれかの素子単体またはこれらの素子の組合せを含む。これらの比較的安価な素子を用いることができる。
【００１４】
好ましくは、界磁コイルをパルス幅変調制御する制御手段を含む。
【発明の効果】
【００１５】
この発明によれば、回転子コイルの両端にサージ電圧吸収素子を並列接続するようにしたので、サージ電圧の発生を防止でき、回転軸にサージ電圧と同等の電圧が誘起するのを阻止し、軸受軌道面に電食が発生するのを防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
図１はこの発明の一実施形態の車両用発電装置の一例のオルタネータ１に含まれている界磁コイル９の制御回路を示す図であり、図２はサージ吸収素子１４の一例を示す図である。
【００１７】
この発明の一実施形態の車両用発電装置の一例のオルタネータ１は、図３の説明と同様に、ハウジング２内に転がり軸受３，４と、回転軸５と、回転子としてのロータ６と、接触子としてのスリップリング７，８と、回転子コイルとしての界磁コイル９と、固定子としてのステータ１０と、固定子コイルとしての電機子コイル１１と、ブラシ１２，１３とが設けられて構成されている。
【００１８】
界磁コイル９の一端は、図３に示すように一方のスリップリング７に接続されており、界磁コイル９の他端は他方のスリップリング８に接続されている。界磁コイル９の両端には、例えばダイオードなどのサージ電圧吸収素子１４が並列接続されている。サージ電圧吸収素子１４は、ダイオードＤに限らず、図２（Ａ）に示すようなツェナーダイオードＴＤや図２（Ｂ）に示すようなコンデンサＣのような単体素子、あるいは図２（Ｃ）に示すようなツェナーダイオードＴＤとコンデンサＣ１との並列接続、図２（Ｄ）に示すようなコンデンサＣ２と抵抗Ｒとの直列接続などの素子の組合せのいずれであってもよい。
【００１９】
スリップリング７には一方のブラシ１２が接触しており、スリップリング８には他方のブラシ１３が接触している。ブラシ１２は駆動用のトランジスタ３１のコレクタに接続されており、駆動用トランジスタ３１のベースには界磁制御回路３０から制御信号が与えられ、エミッタは接地されている。ブラシ１３にはバッテリ２０から直流電圧が供給されている。
【００２０】
界磁制御回路３０は、駆動トランジスタ３１を例えばパルス幅変調（Ｐｕｌｓｅ  Ｗｉｄｔｈ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ：ＰＷＭ）制御する。なお、界磁制御回路３０は、ＰＷＭ制御に限ることなく、連続的に界磁コイル９に電流を流して制御するようにしてもよい。駆動用トランジスタ３１は、界磁制御回路３０から出力されるＰＷＭの制御信号に応じて、導通する。駆動用トランジスタ３１が導通すると、バッテリ２０からブラシ１３、スリップリング８、界磁コイル９、スリップリング７、ブラシ１２、駆動用トランジスタ３１の経路で電流が流れる。ロータ６の界磁コイル９に電流が流れることにより、回転磁界が発生する。この回転磁界によりステータ１０に巻回されている電機子コイル１１に交流電圧が誘起される。この誘起された交流電圧は、外部に設けられている図示しないレギュレータにより直流に変換されてバッテリ２０を充電する。
【００２１】
上述のごとく、この実施形態によれば、ロータ６に巻回されている界磁コイル９の両端にサージ吸収素子１４を接続したので、界磁コイル９をＰＷＭ制御するかあるいは連続的に制御するかにかかわりなく、回転軸５にサージ電圧と同等の電圧が誘起するのを阻止できる。これにより、転がり軸受３，４の軸受軌道面に電食や脆性剥離が発生するのを防止できる。
【００２２】
なお、上述の実施形態は、ロータ６を回転子とし、ハウジング側のステータ１０を固定子として配置した例に、この発明を適用したが、ロータ６側を固定子とし、ステータ１０側を回転子としてもよい。
【００２３】
以上、図面を参照してこの発明の実施形態を説明したが、この発明は、図示した実施形態のものに限定されない。図示された実施形態に対して、この発明と同一の範囲内において、あるいは均等の範囲内において、種々の修正や変形を加えることが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００２４】
この発明の車両用発電装置は、自動車のバッテリを充電するオルタネータに利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】この発明の一実施形態の車両用発電装置の一例のオルタネータに含まれている界磁コイルの制御回路を示す図である。
【図２】サージ吸収素子の一例を示す図である。
【図３】従来のオルタネータの一例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００２６】
１  オルタネータ、２  ハウジング、３，４  転がり軸受、５  回転軸、６  ロータ、７，８  スリップリング、９  界磁コイル、１０  ステータ、１１  電機子コイル、１２，１３  ブラシ、１４  サージ吸収用素子、３０  界磁制御回路、３１  駆動用トランジスタ、Ｃ，Ｃ１  コンデンサ、ＴＤ  ツェナーダイオード、Ｒ  抵抗。
【図１】
2008067547.tif 000003
【図２】
2008067547.tif 000004
【図３】
2008067547.tif 000005