(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸と、
前記回転軸に係合されて該回転軸と一体的に回転動作する第１および第２回転部と、
前記第１回転部に保持された磁石と、
前記第１回転部を囲繞する固定部と、
前記固定部に固定された電磁コイルと、
前記第２回転部に設置されてかつ電源に電気的に接続された正極ブラシおよび負極ブラシと、
前記第２回転部に設置されてかつ前記正極ブラシに電気的に接続された正ブラシおよび前記負極ブラシに電気的に接続された負ブラシと、
前記第２回転部に設置されたダイオードと、
前記第２回転部に設置されてかつ前記ダイオードに電気的に接続されたサブブラシと、
前記第２回転部を昇降動作させる昇降機構と、
絶縁領域と前記電磁コイルの一端部に電気的に接続された導電領域とが交互に配列されてなるとともに前記正ブラシ、負ブラシ、サブブラシがそれぞれ摺接する整流子、前記正極ブラシが摺接する正極子、および前記負極ブラシが摺接する負極子を有する固定板と、
を備え、
前記第２回転部が上昇して前記各ブラシが前記固定板に摺接する際にモータとして機能し、かつ前記第２回転部が下降して前記各ブラシと前記固定板とが互いに離間した際に発電機として機能することを特徴とする回転電機。
【請求項２】
請求項１記載の回転電機において、
前記整流子における絶縁領域の幅が前記サブブラシの幅以上であることを特徴とする回転電機。
【請求項３】
請求項１または２記載の回転電機において、
前記正極ブラシ、負極ブラシ、正ブラシ、負ブラシおよびサブブラシが昇降可能であることを特徴とする回転電機。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の回転電機において、
前記回転軸に内燃機関のクランクシャフトの先端部が挿入されており、かつ前記回転軸が前記クランクシャフトと一体的に回転動作するものであることを特徴とする回転電機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転電機に関し、一層詳細には、ブラシが整流子に摺接する際に火花が飛散することがなく、しかも、回転電機が発電機として機能する際に電磁コイルから発生した誘起電圧によりバッテリが損傷される懸念のない回転電機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
回転電機としては、例えば、回転軸に係合されて該回転軸と一体的に回転動作する第１、第２回転部と、前記第１回転部に保持された永久磁石と、前記第１回転部を囲繞する固定部に固定された複数個の第１電磁コイルおよび第２電磁コイルと、前記第２回転部に設置された複数個のブラシと、絶縁領域と導電領域とが交互に配置されてなる整流子とを備え、前記電磁コイルの各一端が前記整流子の隣り合う導電領域に電気的に接続されており、この電磁コイルがデルタ結線されている構造のものが採用されている。この場合、前記第２回転部は、昇降機構によって昇降動作する。
【０００３】
この種の回転電機は、回転軸が低速で回転動作する際、第２回転部が上端に位置し、これにより整流子にブラシが摺接する。前記ブラシは、バッテリの正極に電気的に接続され、整流子の導電領域に対して電流を出力する正ブラシと、前記バッテリの負極に電気的に接続され、第１電磁コイルを介して整流子の導電領域に戻ってきた電流を入力する負ブラシとを有する。すなわち、バッテリから供給された電流は、正ブラシを介して第１電磁コイルに通電された後、負ブラシを介してバッテリへと戻る。これにより、回転電機はモータとして機能する。
【０００４】
一方、回転軸が高速で回転動作する際には、昇降機構によって第２回転部が下降し、その結果、前記整流子と前記ブラシとが互いに離間する。この状態で回転軸の回転動作を続行すると、第１回転部および該第１回転部に保持された永久磁石が一体的に回転動作するので、第２電磁コイルに誘起電圧が発生する。すなわち、回転電機は発電機として機能する。なお、この際、第１電磁コイルとバッテリとは互いに電気的に切り離される。
【０００５】
このように、回転軸の回転速度を変化させることにより、回転電機をモータまたは発電機として機能させることができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記した従来技術に係る回転電機では、ブラシが整流子の導電領域に摺接し始める瞬間や導電領域から離間する瞬間に火花が飛散するという不具合がある。この理由は、その瞬間に電磁コイルに供給された電流の電気的通路がなくなるため、ブラシと導電領域との間に高電圧が発生するからである。そして、このような事態が生じることにより、ブラシが短期間で摩耗するためにブラシを頻繁に交換する必要があり、しかも、その交換作業が繁雑であるという欠点がある。
【０００７】
そこで、第１電磁コイルとダイオードとを電気的に接続し、ブラシが整流子の導電領域に摺接し始める瞬間や導電領域から離間する瞬間に第１電磁コイルに供給された電流をバッテリへと戻すことが想起される。しかしながら、この場合、バッテリと第１電磁コイルとが常時電気的に接続されることになる。このため、回転電機が発電機として機能する際、第１電磁コイルに発生する誘起電圧がバッテリの耐電圧以上となった場合にバッテリが損傷することが懸念される。これを回避するためには、バッテリとダイオードとの間にリレー回路を介装しなければならず、したがって、電気回路の構成が複雑なものとなってしまうという不具合が惹起される。
【０００８】
しかも、この場合、各相の第１電磁コイルに対して２個のダイオードが必要となる。例えば、上記のようにデルタ結線された３相であれば、少なくとも６個のダイオードが必要となるので、回転電機の製造コストが上昇し、結局、回転電機を安価に供給することができなくなるという不具合を招く。
【０００９】
本発明は上記した問題を解決するためになされたもので、ブラシが整流子に摺接する際に火花が飛散することがなく、これによりブラシを長寿命化することができ、しかも、回転電機が発電機として機能する際にバッテリが損傷する懸念のない回転電機を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明は、回転軸と、前記回転軸に係合されて該回転軸と一体的に回転動作する第１および第２回転部と、前記第１回転部に保持された磁石と、前記第１回転部を囲繞する固定部と、前記固定部に固定された電磁コイルと、前記第２回転部に設置されてかつ電源に電気的に接続された正極ブラシおよび負極ブラシと、前記第２回転部に設置されてかつ前記正極ブラシに電気的に接続された正ブラシおよび前記負極ブラシに電気的に接続された負ブラシと、前記第２回転部に設置されたダイオードと、前記第２回転部に設置されてかつ前記ダイオードに電気的に接続されたサブブラシと、前記第２回転部を昇降動作させる昇降機構と、絶縁領域と前記電磁コイルの一端部に電気的に接続された導電領域とが交互に配列されてなるとともに前記正ブラシ、負ブラシ、サブブラシがそれぞれ摺接する整流子、前記正極ブラシが摺接する正極子、および前記負極ブラシが摺接する負極子を有する固定板とを備え、前記第２回転部が上昇して前記各ブラシが前記固定板に摺接する際にモータとして機能し、かつ前記第２回転部が下降して前記各ブラシと前記固定板とが互いに離間した際に発電機として機能することを特徴とする。
【００１１】
このような構成とすることにより、ブラシが整流子の導電領域に摺接し始める瞬間や導電領域から離間する瞬間に電磁コイルに供給された電流は、前記サブブラシおよび前記ダイオードを介して電磁コイルに戻る。このため、ブラシと導電領域との間に高電圧が発生することがないので、火花が飛散しない。これによりブラシが摩耗することが著しく抑制され、該ブラシが長寿命化するので、ブラシを交換する頻度が著しく減少する。
【００１２】
しかも、この回転電機が発電機として機能する際には、第２回転部が下降するに伴いダイオードが電源から電気的に切り離され、その結果、該電源と電磁コイルとが電気的に切り離されるので、電磁コイルに発生した誘起電圧によりバッテリが損傷されることがない。このため、リレー回路を設置する必要がないので、電気回路を簡素に構成することができる。
【００１３】
さらに、ダイオードは２個で充分であり、したがって、回転電機の製造コストを上昇させることが回避される。
【００１４】
この場合、前記整流子における絶縁領域の幅が前記サブブラシの幅以上であることが好ましい。これにより、サブブラシが絶縁領域を介して隣り合う導電領域同士を短絡させてしまうことが回避されるからである。
【００１５】
また、前記正極ブラシ、負極ブラシ、正ブラシ、負ブラシおよびサブブラシが昇降可能であることが好ましい。この場合、回転電機がモータとして機能する際に、各ブラシは前記固定板に押圧されて降下し、その先端のみが該固定板に摺接するようになる。このため、各ブラシによって第２回転部の回転動作が妨げられることがないからである。
【００１６】
このような回転電機としては、前記回転軸に内燃機関のクランクシャフトの先端部が挿入され、かつ前記回転軸がクランクシャフトと一体的に回転動作するものを例示することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る回転電機につき好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。
【００１８】
本実施の形態に係る回転電機１０の要部縦断面概略全体構成を図１に示す。この回転電機１０は、回転軸１２と、該回転軸１２と一体的に回転動作する第１回転部１４および第２回転部１６とを備え、第１回転部１４には永久磁石１８が保持されている。また、第１回転部１４は固定部２０に囲繞されており、該固定部２０には第１〜第９電磁コイル２２ａ〜２２ｉが固定されている。
【００１９】
一方、第２回転部１６には、図２に示すように、バッテリ（図示せず）に電気的に接続された正極ブラシ２４および負極ブラシ２６と、正極ブラシ２４、負極ブラシ２６にそれぞれ電気的に接続された第１〜第３正ブラシ２８ａ〜２８ｃ、第１〜第３負ブラシ３０ａ〜３０ｃと、第１ダイオード３２ａおよび第２ダイオード３２ｂと、両ダイオード３２ａ、３２ｂにそれぞれ電気的に接続された第１サブブラシ３４ａ、第２サブブラシ３４ｂとが設置されている。
【００２０】
回転電機１０は、さらに、第２回転部１６を昇降動作させる昇降機構３６（図１参照）と、絶縁領域と第１〜第９電磁コイル２２ａ〜２２ｉの両端部に電気的に接続された導電領域とからなり前記第１〜第３正ブラシ２８ａ〜２８ｃ、第１〜第３負ブラシ３０ａ〜３０ｃ、第１サブブラシ３４ａおよび第２サブブラシ３４ｂが摺接する整流子３８、正極ブラシ２４が摺接する正極子４０、および負極ブラシ２６が摺接する負極子４２を有する固定板４４とを備える（図２参照）。
【００２１】
この回転電機１０は、図１に示すように、第２回転部１６が上昇して上端に位置し、第１〜第３正ブラシ２８ａ〜２８ｃ、第１〜第３負ブラシ３０ａ〜３０ｃおよび第１、第２サブブラシ３４ａ、３４ｂが整流子３８に摺接し、かつ正極ブラシ２４、負極ブラシ２６が正極子４０、負極子４２にそれぞれ摺接する場合、モータとして機能する。一方、後述するように、第２回転部１６が下降して前記各ブラシが固定板４４から離間した場合には、発電機として機能する。
【００２２】
上記した各構成要素は全て、内燃機関ケース４６とメインカバー４８とからなるケース５０内に収容されている。以下、図１を参照して、回転電機１０の構成をさらに詳細に説明する。
【００２３】
内燃機関ケース４６の図１における下端部には、図示しない内燃機関を構成するクランクシャフト５２の先端部を通すための開口５４が形成されている。この開口５４とクランクシャフト５２の先端部との間は、シール部材５５によりシールされている。また、内燃機関ケース４６の略中腹部には段部５６が形成されており、この段部５６にはボルト穴５８が設けられている。
【００２４】
回転軸１２は、大径部６０と該大径部６０から延在した小径部６２とを有し、かつ中空状である。すなわち、大径部６０および小径部６２の軸方向中心部には、下端側から、奥部になるにつれてテーパ状に縮径したテーパ状挿入口６４と、該テーパ状挿入口６４に連通するボルト挿入孔６６と、該ボルト挿入孔６６に連通してかつ該ボルト挿入孔６６よりも大径なファン固定用部材挿入口６８が形成されている。そして、テーパ状に縮径したクランクシャフト５２の先端部は、内燃機関ケース４６の開口５４を通って回転軸１２のテーパ状挿入口６４内に嵌合されている。
【００２５】
また、回転軸１２には、大径部６０の一部を切り欠くことにより環状凹部７０が形成されており、該環状凹部７０には、第２回転部１６を弾発付勢するコイルスプリング７２が配置されている。
【００２６】
回転軸１２の大径部６０の側周壁にはスカート状カバー７４および第１回転部１４が下からこの順序で係合されており、かつ小径部６２の側周壁には第２回転部１６が係合されている。このため、回転軸１２が回転動作する際には、スカート状カバー７４、第１回転部１４および第２回転部１６も該回転軸１２と一体的に回転動作する。
【００２７】
スカート状カバー７４の内部には、昇降機構３６を構成する円盤７６と、該円盤７６上に載置された複数個のボール７８とが配置されている。なお、昇降機構３６はさらに、円盤７６と第２回転部１６とを連結する複数本のビス８０を有する。この昇降機構３６およびコイルスプリング７２により、後述するように、回転軸１２の小径部６２の側周壁に沿って昇降させることができる。
【００２８】
円盤７６およびスカート状カバー７４のテーパ部７４ａから等径部７４ｂに至る内壁には、ボール７８の周面に合う曲率で切り欠かれた溝８２、８３がそれぞれ形成されており、ボール７８はこの溝８２、８３内に移動可能に配置されている。また、円盤７６には貫通孔８４が形成されており、該貫通孔８４にはビス８０の胴部８０ａの先端部が通っている。なお、この先端部には環状溝８６が形成されており、この環状溝８６にリング状の保持部材８７が係合されることによりビス８０の円盤７６からの抜け止めがなされている。
【００２９】
円盤７６は、ビス８０により第２回転部１６に連結されているので、該第２回転部１６が前記コイルスプリング７２から弾発付勢されることに伴ってスカート状カバー７４内で上昇する。最終的には、ボール７８がスカート状カバー７４のテーパ部７４ａの内壁と円盤７６とで堅牢に挟持され、これにより円盤７６がスカート状カバー７４内において上端に位置する。
【００３０】
そして、ビス８０の軸部８０ａは、第２回転部１６に形成されたビス用貫通孔８８を通っている。勿論、このビス用貫通孔８８はビス８０の頭部８０ｂよりも小径であり、したがって、ビス８０が第２回転部１６から脱落することはない。
【００３１】
第１回転部１４には、複数個の永久磁石１８が保持されている。すなわち、第１回転部１４の内部には、その一部が永久磁石１８と略同一寸法で切り欠かれることにより複数個の磁石用挿入部９０が形成されており、各永久磁石１８はそれぞれの磁石用挿入部９０内に収容されている。
【００３２】
固定部２０は積層板からなり、第１回転部１４を囲繞するようにケース５０内に配置されている。そして、固定部２０は、該固定部２０に形成されたボルト孔９２を通って内燃機関ケース４６のボルト穴５８に螺合されたボルト９４により内燃機関ケース４６に固定されている。
【００３３】
第１〜第９電磁コイル２２ａ〜２２ｉは、図示しない絶縁部材を介してこの固定部（積層板）２０に巻回されている。このため、第１回転部１４は、固定部２０に固定された第１〜第９電磁コイル２２ａ〜２２ｉにより囲繞される。なお、第１〜第９電磁コイル２２ａ〜２２ｉの各一端は、固定板４４に突出形成されたフック部９６（図２参照）を介して整流子３８の互いに隣り合う導電領域に電気的に接続されている。
【００３４】
また、固定部２０には、第１〜第９電磁コイル２２ａ〜２２ｉとは別の電磁コイル（図示せず）が固定されている。この図示しない電磁コイルは、回転電機１０を発電機として機能させる際に、誘起電圧を発生させるためのものである。
【００３５】
回転軸１２の小径部６２に係合された第２回転部１６は、回転軸１２を囲繞する回転軸囲繞部９８と、該回転軸囲繞部９８から延在し、かつ外径が該回転軸囲繞部９８よりも小さい中央突出部１００とを有する。勿論、この中央突出部１００も回転軸１２を囲繞している。
【００３６】
前記コイルスプリング７２は、第２回転部１６の中央突出部１００を囲繞し、かつ一端が第２回転部１６の回転軸囲繞部９８の一端面に着座している。回転軸１２が停止している場合や低速で回転している場合、このコイルスプリング７２の弾発付勢により第２回転部１６が上端に位置する。
【００３７】
ここで、図２を参照して第２回転部１６の全体概略構成をさらに詳細に説明する。
【００３８】
第２回転部１６において、回転軸囲繞部９８の周囲には、互いに１２０°ずつ離間した３個の壁部１０２が形成されており、ビス用貫通孔８８（図１参照）はこの壁部１０２に設けられている。そして、上記したように、このビス用貫通孔８８には、図２に頭部８０ｂが示されるビス８０の軸部８０ａが通っている（図１参照）。
【００３９】
第２回転部１６には、回転軸囲繞部９８と同心円状に負極ブラシ２６、正極ブラシ２４が内側からこの順序で設置されており、さらに、正極ブラシ２４よりも外側の同一円上に第１〜第３正ブラシ２８ａ〜２８ｃ、第１〜第３負ブラシ３０ａ〜３０ｃおよび第１、第２サブブラシ３４ａ、３４ｂが設置されている（図２参照）。
【００４０】
第１〜第３正ブラシ２８ａ〜２８ｃは互いに１２０°ずつ離間して配置されており、かつ第１〜第３負ブラシ３０ａ〜３０ｃも互いに１２０°ずつ離間して配置されている。なお、正ブラシと負ブラシは交互に配置されている。この場合、第１サブブラシ３４ａは第１負ブラシ３０ａと第２正ブラシ２８ｂとの略中間に位置しており、一方、第２サブブラシ３４ｂは第３正ブラシ２８ｃと第３負ブラシ３０ｃの略中間に位置している。
【００４１】
なお、各ブラシは全て昇降動作することができる。すなわち、図３に示すように、各ブラシの下端部はブラシボックス１０４内にそれぞれ挿入されている。そして、該ブラシボックス１０４の中空内部にはコイルスプリング１０６が配置されており、該コイルスプリング１０６の一端はブラシボックス１０４の内部底面に設置された着座用部材１０８に着座し、かつ他端は各ブラシの下端面に着座している。このため、各ブラシは、コイルスプリング１０６により常時上方へと弾発付勢されている。一方、各ブラシがその上端面から押圧された際には、各ブラシは、コイルスプリング１０６が収縮することによりブラシボックス１０４の内部に指向して下降する。
【００４２】
勿論、各コイルスプリング１０６の弾発力の総和はコイルスプリング７２（図１参照）の弾発力に比して小さく、したがって、第２回転部１６がコイルスプリング１０６の弾発付勢により下降することはない。
【００４３】
なお、この場合、各ブラシは第１柱状部１１０ａと該第１柱状部１１０ａよりも幅狭の第２柱状部１１０ｂとからなり（図３参照）、ブラシボックス１０４の開口の各辺の長さは第１柱状部１１０ａの各辺の長さよりも小さい。これにより各ブラシのブラシボックス１０４からの抜け止めがなされており、ブラシボックス１０４の開口からは第２柱状部１１０ｂのみが突出する。
【００４４】
そして、第２回転部１６の側周壁と回転軸囲繞部９８との間には段部１１２が複数箇所設けられており（図２参照）、そのうちの２箇所に第１ダイオード３２ａおよび第２ダイオード３２ｂがそれぞれ固定されている。
【００４５】
なお、後述するように、第１〜第３正ブラシ２８ａ〜２８ｃは正極ブラシ２４に電気的に接続されており、かつ第１〜第３負ブラシ３０ａ〜３０ｃは負極ブラシ２６に電気的に接続されている。また、第１、第２サブブラシ３４ａ、３４ｂは、第１、第２ダイオード３２ａ、３２ｂを介して正極ブラシ２４および負極ブラシ２６にそれぞれ電気的に接続されている。さらに、正極ブラシ２４および負極ブラシ２６は、図示しないバッテリの正極および負極にそれぞれ電気的に接続されている。
【００４６】
第２回転部１６の上方に配置された固定板４４は、ケーブル止用部材１１４内に収容されている（図１参照）。そして、固定板４４およびケーブル止用部材１１４のそれぞれの中心部には、ファン固定用部材１２０（図１参照）を通すための貫通孔１２１、１２２が形成されている（図２参照）。なお、固定板４４およびケーブル止用部材１１４は回転動作しない。
【００４７】
固定板４４は、図２に示すように円環状であり、互いに絶縁された負極子４２、正極子４０および整流子３８を内側からこの順序で有する。このうち、負極子４２および正極子４０の上端面からは、負極端子板１２４および正極端子板１２６がそれぞれ垂直に立ち上がっている。
【００４８】
両端子板１２４、１２６は、図２に示すケーブル１２８ａ、１２８ｂにケーブル端子１３０ａ、１３０ｂを介してそれぞれ電気的に接続されている。例えば、負極端子板１２４とケーブル１２８ａとは、図３に示すように、負極端子板１２４およびケーブル端子１３０ａにそれぞれ形成された貫通孔（図示せず）を通ったボルト１３１と、該ボルト１３１に螺着されるナット１３２とにより互いに連結される。同様に、正極端子板１２６とケーブル１２８ｂも互いに連結されている（図示せず）。
【００４９】
ケーブル１２８ａ、１２８ｂの他端部は、図示しない前記バッテリの正極、負極にそれぞれ電気的に接続されている。結局、負極子４２および正極子４０は、ケーブル１２８ａ、１２８ｂ、ケーブル端子１３０ａ、１３０ｂおよび負極端子板１２４、正極端子板１２６を介して前記バッテリの負極および正極に電気的にそれぞれ接続されている。
【００５０】
なお、ケーブル止用部材１１４の一部を切り欠いて設けられた切欠溝１３３（図２参照）に係合されたケーブル１２８ｃは、第２電磁コイル２２ｂと図示しない制圧整流器とを電気的に接続するためのものである。
【００５１】
整流子３８は、図２に示すように、９箇所の絶縁領域（以下、第１〜第９スリットという）１３４ａ〜１３４ｉと９箇所の導電領域（以下、第１〜第９セグメントという）１３６ａ〜１３６ｉとが交互に配列されてなる。このうち、第１〜第９スリット１３４ａ〜１３４ｉは、第１、第２サブブラシ３４ａ、３４ｂに比して幅広に形成されている。また、第１〜第９セグメント１３６ａ〜１３６ｉは、それぞれフック部９６を有しており、上記したように、各フック部９６に前記第１〜第９電磁コイル２２ａ〜２２ｉのいずれかの一端が係止される。これにより、第１〜第９セグメント１３６ａ〜１３６ｉが第１〜第９電磁コイル２２ａ〜２２ｉの各一端に電気的に接続される。
【００５２】
ここで、前記バッテリと前記各ブラシとの電気的な接続状態および前記第１〜第９電磁コイル２２ａ〜２２ｉの電気的な接続状態につき図４を参照して説明する。なお、図４においては前記バッテリを図示し、その参照符号をＢとする。
【００５３】
上記したように、バッテリＢと正極子４０、負極子４２とは、ケーブル１２８ａ、１２８ｂを介して互いに電気的に接続されている。したがって、正極ブラシ２４、負極ブラシ２６は、正極子４０、負極子４２を介してバッテリＢの正極・負極にそれぞれ電気的に接続されているとみなせる。そして、図４から諒解されるように、第１〜第３正ブラシ２８ａ〜２８ｃは正極ブラシ２４に電気的に接続されており、かつ第１〜第３負ブラシ３０ａ〜３０ｃは負極ブラシ２６に電気的に接続されている。さらに、第１、第２サブブラシ３４ａ、３４ｂは、第１、第２ダイオード３２ａ、３２ｂを介して正極ブラシ２４および負極ブラシ２６にそれぞれ電気的に接続されている。
【００５４】
すなわち、第１ダイオード３２ａにおいては、カソードが正極ブラシ２４を介してバッテリＢの正極に電気的に接続されているとともに、アノードが第１サブブラシ３４ａに電気的に接続されている。一方、第２ダイオード３２ｂにおいては、アノードが負極ブラシ２６を介してバッテリＢの負極に電気的に接続されているとともに、カソードが第２サブブラシ３４ｂに電気的に接続されている。
【００５５】
一方、第１〜第９電磁コイル２２ａ〜２２ｉの各一端は、スリットを介して隣り合うセグメントのフック部９６にそれぞれ係止される。例えば、第１電磁コイル２２ａの各一端は第１、第２セグメント１３６ａ、１３６ｂの各フック部９６に係止されており、また、第２電磁コイル２２ｂの各一端は第２、第３セグメント１３６ｂ、１３６ｃの各フック部９６に係止されている。残余の電磁コイル２２ｃ〜２２ｉについてもこれに準拠している。
【００５６】
そして、これら第１〜第９電磁コイル２２ａ〜２２ｉによりＵ相、Ｖ相およびＷ相からなる３相電気回路が３組構成される。また、第１電磁コイル２２ａと第１セグメント１３６ａとの接続部、第４電磁コイル２２ｄと第４セグメント１３６ｄとの接続部および第７電磁コイル２２ｇと第７セグメント１３６ｇとの接続部は均圧線１４０ａより電気的に接続されている。さらに、第２電磁コイル２２ｂと第２セグメント１３６ｂとの接続部、第５電磁コイル２２ｅと第５セグメント１３６ｅとの接続部および第８電磁コイル２２ｈと第８セグメント１３６ｈとの接続部は均圧線１４０ｂにより電気的に接続されており、かつ第３電磁コイル２２ｃと第３セグメント１３６ｃとの接続部、第６電磁コイル２２ｆと第６セグメント１３６ｆとの接続部および第９電磁コイル２２ｉと第９セグメント１３６ｉとの接続部は均圧線１４０ｃに電気的に接続されている。これにより、３組の３相電気回路の同一相同士、すなわち、Ｕ相同士、Ｖ相同士およびＷ相同士が相互に電気的に接続される。
【００５７】
また、図４に示すように、例えば、第１正ブラシ２８ａが第１セグメント１３６ａに対向する際、第１負ブラシ３０ａ、第１サブブラシ３４ａ、第２正ブラシ２８ｂ、第２負ブラシ３０ｂ、第３正ブラシ２８ｃ、第２サブブラシ３４ｂおよび第３負ブラシ３０ｃは、それぞれ、第２スリット１３４ｂ、第３スリット１３４ｃ、第４セグメント１３６ｄ、第５スリット１３４ｅ、第７セグメント１３６ｇ、第８セグメント１３６ｈおよび第８スリット１３４ｈに対向する。
【００５８】
なお、第２回転部１６は、図４における矢印方向に指向して回転する。
【００５９】
以上の構成において、内燃機関ケース４６と固定部２０との間にはサブカバー１４２の大径開口端部１４２ａが挿入されており（図１参照）、これにより固定部２０の芯出しがなされている。また、サブカバー１４２の小径開口端部１４２ｂは、ケーブル止用部材１１４に互いに１２０°ずつ離間して形成されたボルト穴１４４に螺合されたボルト１４６によりケーブル止用部材１１４に固定されている。
【００６０】
また、上記したように、固定板４４およびケーブル止用部材１１４の貫通孔１２１、１２２にはファン固定用部材１２０が通っている（図１参照）。このファン固定用部材１２０の下端面には突出部１５０が突出形成されており、該突出部１５０は、回転軸１２の小径部６２に形成されたファン固定用部材挿入口６８に挿入されている。
【００６１】
ファン固定用部材１２０もまた中空状であり、その内部に形成された貫通孔１５２にはボルト１５４の軸部が通っている。この軸部はさらに回転軸１２のボルト挿入孔６６を通っており、該ボルト１５４の先端部は、クランクシャフト５２の先端部に形成されたボルト穴１５６に螺合されている（図１参照）。
【００６２】
すなわち、ファン固定用部材１２０は、ボルト１５４を介してクランクシャフト５２に連結されており、該クランクシャフト５２が回転動作する際にこれと一体的に回転動作する。これにより、ファン固定用部材１２０に固定された図示しないファンが回転動作するに至る。なお、前記ファンに対向する位置には、例えば、ラジエータ等が配置される。
【００６３】
本実施の形態に係る回転電機１０は、基本的には以上のように構成されるものであり、次にその作用効果について説明する。
【００６４】
まず、回転軸１２が低速で回転動作する場合には、ボール７８が受ける遠心力よりもコイルスプリング７２の弾発力が大きい。したがって、第２回転部１６がコイルスプリング７２により弾発付勢され、上端に位置する。この際、各ブラシが固定板４４に押圧されることによりブラシボックス１０４内に配置されたコイルスプリング１０６が収縮され、これに伴い各ブラシが降下する。すなわち、各ブラシは固定板４４に摺接可能な程度にブラシボックス１０４から突出するので、各ブラシによって第２回転部１６の回転動作が妨げられることはない。
【００６５】
第２回転部１６が上端に位置することにより、正極子４０、負極子４２の下端面に正極ブラシ２４、負極ブラシ２６がそれぞれ摺接する。かつ整流子３８の下端面に第１〜第３正ブラシ２８ａ〜２８ｃ、第１〜第３負ブラシ３０ａ〜３０ｃおよび第１、第２サブブラシ３４ａ、３４ｂが摺接する。
【００６６】
この場合の電気的な概略説明図を図５〜図９に示す。なお、これら図５〜図９において、参照符号Ｌ１〜Ｌ３は、第１〜第９電磁コイル２２ａ〜２２ｉの中のデルタ結線された任意の３個である。また、Ｃ１、Ｃ２は第１〜第３正ブラシ２８ａ〜２８ｃ中の任意の２個であり、Ａ１、Ａ２は第１〜第３負ブラシ３０ａ〜３０ｃ中の任意の２個である。そして、Ｓ１〜Ｓ３は第１〜第９スリット１３４ａ〜１３４ｉの中のいずれかを示し、Ｇ１〜Ｇ４は第１〜第９セグメント１３６ａ〜１３６ｉの中のいずれかを示す。さらに、Ｋは電磁コイルＬ１〜Ｌ３をデルタ結線するための均圧線である。なお、図示しないが、バッテリＢの正極と正ブラシＣ１、Ｃ２との間に正極ブラシ２４が介在されており、かつ負極と負ブラシＡ１、Ａ２との間に負極ブラシ２６が介在されていることはいうまでもない。
【００６７】
まず、図５においては、正ブラシＣ１、Ｃ２および負ブラシＡ１はセグメントＧ１、Ｇ２、Ｇ４に摺接している。この場合、バッテリＢの正極から供給されて正ブラシＣ１からセグメントＧ１に出力された電流は、電磁コイルＬ１を介してセグメントＧ２に至り（矢印参照）、負ブラシＡ１に入力されてバッテリＢの負極へと流れる。一方、正ブラシＣ２からセグメントＧ４に出力された電流は、電磁コイルＬ３、Ｌ２を介してセグメントＧ２に至り（矢印参照）、負ブラシＡ１に入力されてバッテリＢの負極へと流れる。
【００６８】
そして、図６に示すように、回転軸１２が回転動作することに伴い、負ブラシＡ１がセグメントＧ３に摺接し始めると、正ブラシＣ１からセグメントＧ１に出力された電流は電磁コイルＬ１を介してセグメントＧ２に至る。そして、この電流は、負ブラシＡ１の後端部がセグメントＧ２に摺接しているので、該負ブラシＡ１に入力されてバッテリＢの負極へと流れる。一方、負ブラシＡ１がセグメントＧ３に摺接し始める瞬間に電磁コイルＬ２に供給された電流は、セグメントＧ２から負ブラシＡ１に入力され、第２ダイオード３２ｂのアノードから第２サブブラシ３４ｂに至り、さらにセグメントＧ３を介して電磁コイルＬ２に戻る（矢印参照）。
【００６９】
このように、負ブラシＡ１がセグメントＧ３に摺接し始める瞬間に電磁コイルＬ２に供給された電流は、セグメントＧ２、負ブラシＡ１、第２ダイオード３２ｂ、第２サブブラシ３４ｂおよびセグメントＧ３を介して電磁コイルＬ２へと戻るので、負ブラシＡ１がセグメントＧ３に摺接し始めた瞬間に火花が飛散することはない。
【００７０】
回転軸１２がさらに回転動作することに伴い各ブラシが変位すると、図７に示すように、負ブラシＡ１がセグメントＧ２から離間する。その瞬間に電磁コイルＬ１に供給された電流の一部は、セグメントＧ２から第１サブブラシ３４ａに入力され、第１ダイオード３２ａのカソードに至る。さらに、この部分電流は、第１ダイオード３２ａのアノードから正ブラシＣ１に出力され、セグメントＧ１を介して電磁コイルＬ１に戻る（矢印参照）。
【００７１】
換言すれば、負ブラシＡ１がセグメントＧ２から離間する瞬間に電磁コイルＬ１に供給された電流の一部は、セグメントＧ３、第１サブブラシ３４ａ、第１ダイオード３２ａ、正ブラシＣ１およびセグメントＧ３を介して電磁コイルＬ１へと戻るので、負ブラシＡ１がセグメントＧ２から離間する瞬間に火花が飛散することはない。
【００７２】
回転軸１２がさらに回転動作し、図８に示すように正ブラシＣ１がセグメントＧ３に摺接し始めると、その瞬間に電磁コイルＬ２に供給された電流の一部は、セグメントＧ３から第１サブブラシ３４ａに入力され、第１ダイオード３２ａのアノードに至る。さらに、この電流は、該第１ダイオード３２ａのカソードから正ブラシＣ１に出力され、セグメントＧ２を介して電磁コイルＬ２に戻る（矢印参照）。
【００７３】
すなわち、正ブラシＣ１がセグメントＧ３に摺接し始める瞬間に電磁コイルＬ２に供給された電流の一部は、セグメントＧ３、第１サブブラシ３４ａ、第１ダイオード３２ａ、正ブラシＣ１およびセグメントＧ２を介して電磁コイルＬ２へと戻るので、正ブラシＣ１がセグメントＧ３に摺接し始める瞬間に火花が飛散することはない。
【００７４】
回転軸１２がさらに回転動作し、図９に示すように正ブラシＣ１がセグメントＧ２から離間すると、その瞬間に電磁コイルＬ１に供給された電流の一部は、セグメントＧ１から負ブラシＡ２に入力され、第２ダイオード３２ｂから第２サブブラシ３４ｂに至り、さらに第２サブブラシ３４ｂおよびセグメントＧ２を介して電磁コイルＬ１に戻る（矢印参照）。
【００７５】
この場合、正ブラシＣ１がセグメントＧ２から離間する瞬間に電磁コイルＬ１に供給された電流の一部は、セグメントＧ１、負ブラシＡ２、第２ダイオード３２ｂ、第２サブブラシ３４ｂおよびセグメントＧ２を介して電磁コイルＬ１へと戻るので、正ブラシＣ１がセグメントＧ２から離間する瞬間に火花が飛散することはない。
【００７６】
結局、負ブラシＡ１や正ブラシＣ１が任意のセグメントに摺接し始める瞬間または離間する瞬間に電磁コイルＬ１〜Ｌ３に供給された電流の一部は、第１、第２ダイオード３２ａ、３２ｂおよび第１、第２サブブラシ３４ａ、３４ｂを介して電磁コイルＬ１〜Ｌ３へと戻る。このため、負ブラシＡ１や正ブラシＣ１から火花が飛散することが回避され、その結果、負ブラシＡ１や正ブラシＣ１の摩耗が著しく抑制されるので、これらのブラシＡ１、Ｃ１が長寿命化する。勿論、他の正ブラシおよび負ブラシについても同様である。
【００７７】
しかも、第１、第２サブブラシ３４ａ、３４ｂの幅はスリットＳ１〜Ｓ３に比して狭いので、いずれの場合においても任意のスリットを介して隣り合うセグメントに同時に摺接することはない。このため、隣り合うセグメント同士を短絡させてしまうことがない。
【００７８】
そして、回転軸１２が高速で回転動作するようになると、ボール７８が受ける遠心力における回転軸１２の長手方向に沿う成分がコイルスプリング７２の弾発力よりも大きくなる。このため、ボール７８は、円盤７６に形成された溝８２およびスカート状カバー７４のテーパ部７４ａの内壁に形成された溝８３内を転動または滑動し、該スカート状カバー７４の等径部７４ｂに至る。これに伴い、図１０に示すように、ボール７８により円盤７６が押圧されて降下し、その結果、ビス８０により第２回転部１６が引き寄せられて、回転軸１２の小径部６２の側周壁に沿って降下する。これにより、第１〜第３正ブラシ２８ａ〜２８ｃ、第１〜第３負ブラシ３０ａ〜３０ｃおよび第１、第２サブブラシ３４ａ、３４ｂが整流子３８から離間し、かつ正極ブラシ２４、負極ブラシ２６が正極子４０、負極子４２からそれぞれ離間する。結局、各ブラシは、バッテリＢから電気的に切り離される。
【００７９】
この場合、第１回転部１４が回転動作しているので、該第１回転部１４に保持された永久磁石１８により、第１〜第９電磁コイル２２ａ〜２２ｉとは別の図示しない前記電磁コイルに誘起電圧が発生する。すなわち、回転電機１０は、発電機として機能する。
【００８０】
この際、第１、第２ダイオード３２ａ、３２ｂは上記したように整流子３８から離間するので、必然的にバッテリＢから電気的に切り離される。このため、第１、第２ダイオードがバッテリに常時接続されている場合のように、回転電機１０を発電機として機能させる際、リレー回路によってバッテリＢと第１、第２ダイオード３２ａ、３２ｂとを電気的に切り離す必要がない。すなわち、リレー回路を設ける必要がないので、電気回路を簡素に構成することができる。
【００８１】
このように、本実施の形態に係る回転電機１０においては、第１〜第３正ブラシ２８ａ〜２８ｃ、第１〜第３負ブラシ３０ａ〜３０ｃが整流子３８に摺接する際に火花が飛散することがない。しかも、回転電機１０が発電機として機能する際には、第１、第２ダイオード３２ａ、３２ｂがバッテリＢから電気的に切り離されるので、図示しない前記電磁コイルに発生した誘起電圧がバッテリＢの耐電圧以上となった場合においても、バッテリＢが損傷することを回避することができる。
【００８２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る回転電機によれば、ダイオードに電気的に接続されたサブブラシを整流子に摺接させるようにしている。このため、正ブラシや負ブラシが整流子に摺接する際に火花が飛散することがない。したがって、各ブラシが摩耗することが著しく低減され、その結果、各ブラシが長寿命化するという効果が達成される。
【００８３】
しかも、回転電機が発電機として機能する際、ダイオードが電源から電気的に切り離されるので、電磁コイルに発生した誘起電圧が電源の耐電圧以上となった場合においても、該電源が損傷することを回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態に係る回転電機の要部縦断面全体概略構成図である。
【図２】図１の回転電機が備える第２回転部、固定板およびケーブル止用部材の全体概略構成図である。
【図３】図１の回転電機が備えるブラシの要部縦断面分解拡大図である。
【図４】各ブラシおよび各コイルの電気的な接続状態を示す概略説明図である。
【図５】図１の回転電機において電流が流れる行程を示す概略説明図である。
【図６】図１の回転電機において電流が流れる行程を示す概略説明図である。
【図７】図１の回転電機において電流が流れる行程を示す概略説明図である。
【図８】図１の回転電機において電流が流れる行程を示す概略説明図である。
【図９】図１の回転電機において電流が流れる行程を示す概略説明図である。
【図１０】図１の回転電機が備える第２回転部が下降した状態を示す要部縦断面全体概略構成図である。
【符号の説明】
１０…回転電機                    １２…回転軸
１４、１６…回転部                １８…永久磁石
２０…固定部
２２ａ〜２２ｉ、Ｌ１〜Ｌ３…電磁コイル
２４…正極ブラシ                  ２６…負極ブラシ
２８ａ〜２８ｃ、Ｃ１、Ｃ２…正ブラシ
３０ａ〜３０ｃ、Ａ１、Ａ２…負ブラシ
３２ａ、３２ｂ…ダイオード        ３４ａ、３４ｂ…サブブラシ
３６…昇降機構                    ３８…整流子
４０…正極子                      ４２…負極子
４４…固定板                      ５０…ケース
５２…クランクシャフト            ７２、１０６…コイルスプリング
７４…スカート状カバー            ７６…円盤
７８…ボール                      ８０…ビス
９６…フック部                    １０４…ブラシボックス
１１０ａ、１１０ｂ…柱状部        １１４…ケーブル止用部材
１２０…ファン固定用部材          １２４…負極端子板
１２６…正極端子板                １２８ａ〜１２８ｃ…ケーブル
１３０ａ、１３０ｂ…ケーブル端子
１３４ａ〜１３４ｉ、Ｓ１〜３…スリット（絶縁領域）
１３６ａ〜１３６ｉ、Ｇ１〜４…セグメント（導電領域）
１４０ａ〜ｃ、Ｋ…均圧線          Ｂ…バッテリ
【図１】
0004390352.tif 000002
【図２】
0004390352.tif 000003
【図３】
0004390352.tif 000004
【図４】
0004390352.tif 000005
【図５】
0004390352.tif 000006
【図６】
0004390352.tif 000007
【図７】
0004390352.tif 000008
【図８】
0004390352.tif 000009
【図９】
0004390352.tif 000010
【図１０】
0004390352.tif 000011