(57)【要約】【課題】発電状態を維持して長寿命化を図ることができる車両用交流発電機を提供すること。【解決手段】界磁巻線３１が巻装された回転子鉄心３２と、回転子鉄心３２を貫通して設けられた回転軸３３と、回転軸３３の外周に配置されて界磁巻線３１の両端のそれぞれに電気的に接続される負極側スリップリング３７および正極側スリップリング３８と、負極側スリップリング３７および正極側スリップリング３８のそれぞれの外周を摺動する負極側ブラシ５１および正極側ブラシ５２と、正極側スプリングおよび負極側スプリングとを備える。負極側ブラシ５１および正極側ブラシ５２の寸法あるいは組成を互いに異ならせることにより、負極側ブラシ５１と正極側ブラシ５２の摩耗寿命をほぼ同一に設定する。【選択図】図１
2007110785.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
界磁巻線が巻装された回転子鉄心と、
前記回転子鉄心を貫通して設けられた回転軸と、
前記回転軸の外周に配置されて前記界磁巻線の両端のそれぞれに電気的に接続される負極側集電環および正極側集電環と、
前記負極側集電環および前記正極側集電環のそれぞれの外周を摺動する負極側ブラシおよび正極側ブラシと、
前記負極側ブラシを前記負極側集電環に、前記正極側ブラシを前記正極側集電環に所定の押圧力で当接させる正極側スプリングおよび負極側スプリングと、
を備え、前記負極側ブラシおよび前記正極側ブラシの寸法あるいは組成を互いに異ならせることにより、あるいは、前記負極側スプリングおよび前記正極側スプリングの押圧力を互いに異ならせることにより、前記負極側ブラシと前記正極側ブラシの摩耗寿命をほぼ同一に設定することを特徴とする車両用交流発電機。
【請求項２】
請求項１において、
前記負極側集電環に当接する前記負極側ブラシの接触面積と、前記正極側集電環に当接する前記正極側ブラシの接触面積とを異ならせることにより、前記負極側ブラシと前記正極側ブラシの摩耗寿命をほぼ同一に設定することを特徴とする車両用交流発電機。
【請求項３】
請求項２において、
前記負極側集電環に当接する前記負極側ブラシの接触面積を、前記正極側集電環に当接する前記正極側ブラシの接触面積よりも広くすることを特徴とする車両用交流発電機。
【請求項４】
請求項１において、
前記負極側集電環に押圧する前記負極側ブラシの押圧方向の長さと、前記正極側集電環に押圧する前記正極側ブラシの押圧方向の長さとを異ならせることにより、前記負極側ブラシと前記正極側ブラシの摩耗寿命をほぼ同一に設定することを特徴とする車両用交流発電機。
【請求項５】
請求項４において、
前記負極側集電環に押圧する前記負極側ブラシの押圧方向の長さを、前記正極側集電環に押圧する前記正極側ブラシの押圧方向の長さよりも長くすることを特徴とする車両用交流発電機。
【請求項６】
請求項１において、
前記負極側ブラシの組成と前記正極側ブラシの組成とを異ならせることにより、前記負極側ブラシと前記正極側ブラシの摩耗寿命をほぼ同一に設定することを特徴とする車両用交流発電機。
【請求項７】
請求項６において、
前記負極側ブラシの方が前記正極側ブラシよりも耐摩耗性が良好な組成とすることを特徴とする車両用交流発電機。
【請求項８】
請求項７において、
前記負極側ブラシの組成に占める銅の割合を、前記正極側ブラシの組成に占める銅の割合よりも多くすることを特徴とする車両用交流発電機。
【請求項９】
請求項１において、
前記負極側スプリングの押圧力を前記正極側スプリングの押圧力よりも低くすることを特徴とする車両用交流発電機。
【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】
車両用交流発電機に用いられるブラシ装置には、負極側および正極側のスリップリング（集電環）に摺接する負極側および正極側の２本のブラシが備わっている。従来、これら２本のブラシは、同じ形状および材質のものが用いられている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開平９−１８２３５３号公報（第４−８頁、図１−８）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、車両用交流発電機では正極側のブラシと負極側のブラシでは電流の流れる向きが反対となるため、ブラシ磨耗量が異なり、一方のブラシだけが早く磨耗してしまう。一方のブラシが摩耗して使用限界（摩耗寿命）に達すると、他の部品は継続使用可能であっても発電状態を維持できなくなって車両用交流発電機の寿命が短くなるという問題があった。
【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、発電状態を維持して長寿命化を図ることができる車両用交流発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、本発明の車両用交流発電機は、界磁巻線が巻装された回転子鉄心と、回転子鉄心を貫通して設けられた回転軸と、回転軸の外周に配置されて界磁巻線の両端のそれぞれに電気的に接続される負極側集電環および正極側集電環と、負極側集電環および正極側集電環のそれぞれの外周を摺動する負極側ブラシおよび正極側ブラシと、負極側ブラシを負極側集電環に、正極側ブラシを正極側集電環に所定の押圧力で当接させる正極側スプリングおよび負極側スプリングとを備え、負極側ブラシおよび正極側ブラシの寸法あるいは組成を互いに異ならせることにより、あるいは、負極側スプリングおよび正極側スプリングの押圧力を互いに異ならせることにより、負極側ブラシと正極側ブラシの摩耗寿命をほぼ同一に設定している。負極側ブラシおよび正極側ブラシの寸法あるいは組成を互いに異ならせることにより、あるいは、負極側スプリングおよび正極側スプリングの押圧力を互いに異ならせることにより、負極側ブラシあるいは正極側ブラシの摩耗寿命を調整してこれら２つのブラシの摩耗寿命をほぼ一致させることが可能になる。これにより、車両交流発電機の発電状態を維持して長寿命化を図ることができる。
【０００６】
また、上述した負極側集電環に当接する負極側ブラシの接触面積と、正極側集電環に当接する正極側ブラシの接触面積とを異ならせることにより、負極側ブラシと正極側ブラシの摩耗寿命をほぼ同一に設定することが望ましい。接触面積を大きくすることにより、ブラシ摩耗速度が速い側の摩耗速度を遅くすることが可能になり、車両用交流発電機の長寿命化を図ることができる。
【０００７】
また、上述した負極側集電環に当接する負極側ブラシの接触面積を、正極側集電環に当接する正極側ブラシの接触面積よりも広くすることが望ましい。これにより、従来構造では摩耗速度が速かった負極側のブラシの摩耗速度のみを遅らせることが可能になる。
【０００８】
また、上述した負極側集電環に押圧する負極側ブラシの押圧方向の長さと、正極側集電環に押圧する正極側ブラシの押圧方向の長さとを異ならせることにより、負極側ブラシと正極側ブラシの摩耗寿命をほぼ同一に設定することが望ましい。一方のブラシを長くすることにより、ブラシ摩耗速度が速い側のブラシが摩耗寿命に達するまでの時間を遅くすることが可能になり、車両用交流発電機の長寿命化を図ることができる。
【０００９】
また、上述した負極側集電環に押圧する負極側ブラシの押圧方向の長さを、正極側集電環に押圧する正極側ブラシの押圧方向の長さよりも長くすることが望ましい。これにより、従来構造では摩耗速度が速かった負極側のブラシの摩耗寿命のみを遅らせることが可能になる。
【００１０】
また、上述した負極側ブラシの組成と正極側ブラシの組成とを異ならせることにより、負極側ブラシと正極側ブラシの摩耗寿命をほぼ同一に設定することが望ましい。組成を異ならせることにより、ブラシ摩耗速度が速い側の摩耗速度を遅くすることが可能になり、車両用交流発電機の長寿命化を図ることができる。
【００１１】
また、上述した負極側ブラシの方が正極側ブラシよりも耐摩耗性が良好な組成とすることが望ましい。具体的には、負極側ブラシの組成に占める銅の割合を、正極側ブラシの組成に占める銅の割合よりも少なくすることが望ましい。これにより、従来構造では摩耗速度が速かった負極側のブラシの摩耗速度のみを遅らせることが可能になる。
【００１２】
また、上述した負極側スプリングの押圧力を正極側スプリングの押圧力よりも低くすることが望ましい。これにより、従来構造では摩耗速度が速かった負極側のブラシの摩耗速度のみを遅らせることが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明を適用した一実施形態の車両用回転電機として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。図１は、一実施形態の車両用交流発電機の全体構造を示す断面図である。図１に示す車両用交流発電機１は、固定子２、回転子３、フレーム４、ブラシ装置５、整流装置６、リヤカバー７等を含んで構成されている。
【００１４】
固定子２は、固定子鉄心２２と、３相の固定子巻線２３と、固定子鉄心２２と固定子巻線２３との間を電気絶縁するインシュレータ２４とを備えている。回転子３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３１を、それぞれが６個の爪部を有する回転子鉄心としてのポールコア３２によって、回転軸３３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３２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３５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３２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３６が溶接等によって取り付けられている。また、回転軸３３のリヤ側端部近傍には、界磁巻線３１の両端に電気的に接続された負極側集電環である負極側スリップリング３７と正極側集電環である正極側スリップリング３８が形成されており、これらのスリップリング３７、３８を介してブラシ装置５から界磁巻線３１に対して給電が行われる。
【００１５】
フレーム４は、固定子２および回転子３を収容しており、回転子３が回転軸３３を中心に回転可能な状態で支持されているとともに、回転子３のポールコア３２の外周側に所定の隙間を介して配置された固定子２が固定されている。また、フレーム４は、固定子鉄心２２の軸方向端面から突出した固定子巻線２３に対向した部分に冷却風の吐出窓４１を有し、軸方向端面に吸入窓４２を有している。
【００１６】
ブラシ装置５は、整流装置６から回転子３の界磁巻線３１に励磁電流を流すためのものであり、回転子３の回転軸３３に形成されたスリップリング３７、３８のそれぞれの外周を摺動する負極側ブラシ５１と正極側ブラシ５２を有する。ブラシ装置５の詳細については後述する。
【００１７】
整流装置６は、三相の固定子巻線２３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。リヤカバー７は、リヤ側のフレーム４の外側に取り付けられるブラシ装置５、整流装置６、ＩＣレギュレータ９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。
【００１８】
次に、ブラシ装置５の詳細構造について説明する。図２は、ブラシ装置５の拡大断面図であり、車両用交流発電機１に組み付けられた状態が示されている。ブラシ装置５は、接続端子が埋設される樹脂製のブラシホルダ６０と、一対の負極側ブラシ５１および正極側ブラシ５２と接続端子を電気的につなぐピグテール６３と、負極側スプリング６４、正極側スプリング６５とを含んで構成されている。
【００１９】
負極側ブラシ５１は、正極側ブラシ５２よりも低電位の電圧が印加されている。これらの負極側ブラシ５１および正極側ブラシ５２は、ともに直方体形状を有しており、負極側スリップリング３７あるいは正極側スリップリング３８に当接する面がこれらのスリップリングの表面形状に合わせて曲面形状となっている。また、この当接面と反対の端面側に負極側スプリング６４、正極側スプリング６５が配置されており、これらのスプリングによって負極側ブラシ５１が負極側スリップリング３７に、正極側ブラシ５２が正極側スリップリング３８に所定の押圧力で当接されている。負極側ブラシ５１および正極側ブラシ５２の材質としては、カーボン紛を主成分として銅紛を混入した組成のものが用いられる。
【００２０】
ところで、本実施形態の負極側ブラシ５１および正極側ブラシ５２は、所定の方法を用いてそれぞれの摩耗寿命がほぼ同一に設定されている。具体的には、以下に示す（１）〜（４）の手法が単独で、あるいは組み合わされて用いられる。
【００２１】
（１）負極側スリップリング３７に当接する負極側ブラシ５１の接触面積と、正極側スリップリング３８に当接する正極側ブラシ５２の接触面積とを異ならせることにより、負極側ブラシ５１と正極側ブラシ５２の摩耗寿命をほぼ同一に設定する。接触面積を大きくすることにより、ブラシ摩耗速度が速い側の摩耗速度を遅くすることが可能になり、車両用交流発電機１の長寿命化を図ることができる。
【００２２】
具体的には、負極側スリップリング３７に当接する負極側ブラシ５１の接触面積を、正極側スリップリング３８に当接する正極側ブラシ５２の接触面積よりも広くする。これにより、同一の接触面積の場合に摩耗速度が速かった負極側ブラシ５１の摩耗速度のみを遅らせることが可能になる。負極側ブラシ５１の接触面積を広くする方法としては、図３に示すように回転軸３３の方向に沿った負極側ブラシ５１の幅を広くする場合や、図４に示すように負極側スリップリング３７の回転方向に沿った負極側ブラシ５１の幅を広くする場合や、これらを組み合わせた場合などが考えられる。
【００２３】
（２）負極側スリップリング３７に押圧する負極側ブラシ５１の押圧方向の長さと、正極側スリップリング３８に押圧する正極側ブラシ５２の押圧方向の長さとを異ならせることにより、負極側ブラシ５１と正極側ブラシ５２の摩耗寿命をほぼ同一に設定する。一方のブラシを長くすることにより、ブラシ摩耗速度が速い側のブラシが摩耗寿命に達するまでの時間を遅くすることが可能になり、車両用交流発電機１の長寿命化を図ることができる。
【００２４】
具体的には、図５に示すように、負極側スリップリング３７に押圧する負極側ブラシ５１の押圧方向の長さを、正極側スリップリング３８に押圧する正極側ブラシ５２の押圧方向の長さよりも長くする。これにより、従来構造では摩耗速度が速かった負極側ブラシ５１の摩耗寿命のみを遅らせることが可能になる。
【００２５】
（３）負極側ブラシ５１の組成と正極側ブラシ５２の組成とを異ならせることにより、負極側ブラシ５１と正極側ブラシ５２の摩耗寿命をほぼ同一に設定する。組成を異ならせることにより、ブラシ摩耗速度が速い側の摩耗速度を遅くすることが可能になり、車両用交流発電機１の長寿命化を図ることができる。
【００２６】
具体的には、負極側ブラシ５１の方が正極側ブラシ５２よりも耐摩耗性が良好な組成とする。例えば、負極側ブラシ５１の組成に占める銅の割合を、正極側ブラシ５２の組成に占める銅の割合よりも多くする。これにより、従来構造では摩耗速度が速かった負極側ブラシ５１の摩耗速度のみを遅らせることが可能になる。
【００２７】
（４）負極側スプリング６４および正極側スプリング６５の押圧力を互いに異ならせることにより、負極側ブラシ５１と正極側ブラシ５２の摩耗寿命をほぼ同一に設定する。具体的には、負極側スプリング６４の押圧力を正極側スプリング６５の押圧力よりも低くする。これにより、従来構造では摩耗速度が速かった負極側ブラシ５１の摩耗速度のみを遅らせることが可能になる。負極側スプリング６４の押圧力を低く設定する１つの方法としては、図６に示すように、負極側スプリング６４の単位長さあたりの巻数を正極側スプリング６５よりも多く設定する場合が考えられる。それ以外に、単位長さあたりの巻数を同じにして、直径を小さくしたり、柔らかい材料あるいは細い材料を用いる場合などが考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】一実施形態の車両用交流発電機の全体構造を示す断面図である。
【図２】ブラシ装置の拡大断面図である。
【図３】ブラシの接触面積を異ならせたブラシ装置の概略を示す図である。
【図４】ブラシの接触面積を異ならせたブラシ装置の概略を示す図である。
【図５】ブラシの長さを異ならせたブラシ装置の概略を示す図である。
【図６】スプリングの押圧力を異ならせたブラシ装置の概略を示す図である。
【符号の説明】
【００２９】
１  車両用交流発電機
２  固定子
３  回転子
４  フレーム
５  ブラシ装置
６  整流装置
７  リヤカバー
９  ＩＣレギュレータ
３３  回転軸
３７  負極側スリップリング
３８  正極側スリップリング
５１  負極側ブラシ
５２  正極側ブラシ
６０  ブラシホルダ
６４  負極側スプリング
６５  正極側スプリング
【図１】
2007110785.tif 000003
【図２】
2007110785.tif 000004
【図３】
2007110785.tif 000005
【図４】
2007110785.tif 000006
【図５】
2007110785.tif 000007
【図６】
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