(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転子の回転軸に設けられたスリップリングに摺動するブラシを収納するとともに前記スリップリングの外周部をスリップリングカバーによって覆うブラシ装置を有する車両用交流発電機において、
吸入された空気を前記スリップリングカバーによって形成される内部空間に導く換気通路と、
前記回転軸の軸方向に開口する第１の開口部を有し、前記スリップリングと前記ブラシとの摺動により発生する摩耗粉を前記スリップリングカバーによって形成される内部空間から外部ヘ排出する第１の摩耗粉排出通路と、
前記回転軸の径方向に開口する第２の開口部を有し、前記スリップリングと前記ブラシとの摺動により発生する摩耗粉を前記スリップリングカバーによって形成される内部空間から外部へ排出する第２の摩耗粉排出通路と、
を備え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、
前記第１の開口部の周辺に、この第１の開口部を通して前記内部空間に異物が侵入することを防止する異物侵入防止部を備えることを特徴とする車両用交流発電機。
【請求項３】
請求項１または２において、
前記回転子は、前記スリップリングが形成された側に冷却用のファンを有しており、
前記第２の開口部の面積を前記第１の開口部の面積よりも小さく設定するとともに、前記第２の開口部を前記第１の開口部よりも前記ファンに近い位置に形成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１〜３のいずれかにおいて、
前記第２の開口部は、車両搭載時に天方向とほぼ反対側の位置に形成されることを特徴とする車両用交流発電機。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかにおいて、
前記回転子を保持するフレームを備えており、
前記第１の摩耗粉排出通路と前記第２の摩耗粉排出通路を前記フレームに一体成形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１〜５のいずれかにおいて、
前記第２の摩耗粉排出通路は、前記第１の摩耗粉排出通路から前記回転軸の周方向にオフセットされた位置に形成されてい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】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
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。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、車両用交流発電機では、回転子の回転軸の一方端近傍に形成されたスリップリングへの水や油などの浸入を防止するとともに、スリップリングにブラシを摺動させることにより発生するブラシの摩耗粉を排出するために、シール部材を介して組み付けられたブラシホルダとスリップリングカバーが用いられている。例えば、特開平９−１８２３５３号公報には、リヤフレームのフランジ部に摩耗粉排出穴を形成した車両用交流発電機が開示されている。この車両用交流発電機では、ブラシホルダとリヤカバーの間にラビリンスパッキンを挟んでブラシ装置を組み付けることによりスリップリング周辺の気密性を高めて異物侵入を防止するとともに、スリップリングにブラシを摺動させることにより発生するブラシ摩耗粉をこの摩耗粉排出穴から排出している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した公報に開示された従来の車両用交流発電機では、１箇所に摩耗粉排出穴が形成されているだけであるため、粘性の高い泥等が付着するとこの摩耗粉排出穴が塞がれて、ブラシの摩耗粉が排出されなくなってしまうおそれがあった。摩耗粉排出穴が塞がれると、スリップリング周辺の空気の流れが遮断されるため、スリップリングやブラシの温度が上昇する。このため、回転子の励磁電流が少なくなって、車両用交流発電機の発電能力の低下に至るため、何らかの対策が必要となる。
【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、スリップリング周辺に生じるブラシの摩耗粉を確実に排出す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。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
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、スリップリングに摺動するブラシを収納するとともにスリップリングの外周部をスリップリングカバーによって覆うブラシ装置を有しており、回転軸の軸方向に開口する第１の開口部を有する第１の摩耗粉排出通路と回転軸の径方向に開口する第２の開口部を有する第２の摩耗粉排出通路とがそれぞれ形成されている。開口部の向きが異なる２種類の摩耗粉排出通路を備えることにより、これら２つの開口部が同時に塞がれる確率を大幅に低減することが可能になる。したがって、少なくとも一方の開口部を通して、スリップリング周辺に生じるブラシの摩耗粉を確実に排出することができる。
【０００６】
また、上述した第１の開口部の周辺に、この第１の開口部を通して内部空間に異物が侵入することを防止する異物侵入防止部をさらに備えることが望ましい。通常、車両用交流発電機は、回転軸が水平方向になるように車両に搭載されるため、回転軸に沿った第１の開口部には、その位置関係によっては、その周囲の壁面等を伝って水等の異物が侵入しやすくなる場合があるが、第１の開口部の周辺に異物侵入防止部を形成することにより、このような異物の侵入を有効に防止することができる。
【０００７】
また、上述した回転子は、スリップリングが形成された側に冷却用のファンを有しており、第２の開口部の面積を第１の開口部の面積よりも小さく設定するとともに、第２の開口部を第１の開口部よりもファンに近い位置に形成することが望ましい。ファンに近く、大きな負圧が発生する第２の開口部の面積を第１の開口部の面積よりも小さくすることにより、第１の摩耗粉排出通路によるブラシ摩耗分の排出能力と第２の摩耗粉排出通路によるブラシ摩耗粉の排出能力を近づけたり、ほぼ同じに設定することができるため、内部空間のブラシ摩耗粉を２つの摩耗粉排出通路を通してバランスよく排出することができる。これにより、それぞれの摩耗粉排出通路近傍において完全に排出されずに堆積するブラシ摩耗粉の量をほぼ同じにすることができ、一方の摩耗粉排出通路のみに未排出のブラシ摩耗粉が多量に堆積することを防止することができる。
【０００８】
また、上述した第２の開口部は、車両搭載時に天方向とほぼ反対側の位置に形成することが望ましい。径方向に形成された第２の開口部を天方向とほぼ反対側（ほぼ地側）に配置することにより、この第２の開口部を通して内部空間に異物が侵入することを防止することができる。また、粘性の高い泥等の異物がこの第２の開口部近傍に付着した場合であっても、車両用交流発電機自体の振動あるいはエンジンから伝わる振動によってこの異物が振り落とされることになるため、第２の開口部が塞がれることを防止することができる。
【０００９】
また、上述した回転子を保持するフレームに、第１および第２の摩耗粉排出通路を一体成形することが望ましい。一体成形により部品点数の増加がなく、製造コスト、組み付けコスト等を下げることができる。
また、上述した第２の摩耗粉排出通路は、第１の摩耗粉排出通路から回転軸の周方向にオフセットされた位置に形成されていることが望ましい。これにより、第１および第２の摩耗粉排出通路の各開口部が同時に塞がれる確率をさらに低くすることができるため、スリップリング周辺に生じるブラシの摩耗粉の排出をさらに確実に行うことが可能になる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を適用した一実施形態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、車両用交流発電機の全体構成を示す図である。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、リヤカバー６等を含んで構成されている。
【００１１】
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２つのスリップリング３７、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。
【００１２】
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４２を有し、軸方向端面に吸入窓４１を有している。
【００１３】
ブラシ装置５は、２つのスリップリング３７、３８のそれぞれに摺接する２つのブラシ５１、５２を収納するブラシホルダ５３と、ブラシホルダ５３とともにスリップリング３７、３８の外周を覆うスリップリングカバー５４と、組み付け時にブラシホルダ５３およびスリップリングカバー５４の軸方向端部に配置されてスリップリング３７、３８の周辺に形成される空間の気密性を高める２つのシール部材５５、５６とを含んで構成されている。これらシール部材５５、５６は、板状のゴム材料によって形成されている。
【００１４】
リヤカバー６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や整流装置およびＩＣレギュレータを覆うように取り付けられ、これらを異物から保護する。このリヤカバー６は、樹脂材料によって形成されており、同心円に沿って形成された複数の吸入窓と、フレーム４に取り付けられた３本のボルト４３が貫通する３個の取付孔と、これら３つの取付孔を含む領域に埋設されたインサート金具とを有している。ブラシ装置５およびその近傍のフレーム４とリヤカバー６の詳細構造については後述する。
【００１５】
上述した構造を有する車両用交流発電機１は、ベルト等を介してプーリ２０にエンジン（図示せず）からの回転力が伝えられると回転子３が所定方向に回転する。この状態で回転子３の界磁巻線３１に外部から励磁電圧を印加することにより、ポールコア３２のそれぞれの爪部が励磁され、固定子巻線２３に３相交流電圧を発生させることができ、出力端子１０からは所定の直流電流が取り出される。
【００１６】
次に、ブラシ装置５およびリヤカバー６の詳細構造について説明する。図２は、ブラシホルダ５３とスリップリングカバー５４との組み付け状態を示すブラシ装置５の斜視図である。また、図３はブラシ５１、５２を組み付ける前のブラシホルダ５３の斜視図、図４はスリップリングカバー５４の斜視図である。
【００１７】
熱硬化性樹脂よりなるブラシホルダ５３は、ブラシ５１、５２を収納するための第１収納部１５０とピグテールを収納するための第２収納部１５１とが形成された箱部１５２を備え、箱部１５２のスリップリング３７、３８側が、その表面積を拡大させるために、スリップリング３７、３８の外周面に沿った凹曲面状に形成された肉厚部１５３になっている。ブラシホルダ５３は、箱部１５２の径方向に沿った両側の端面１５４に、金属板よりなる正極側および負極側の端子１５５を突出させて一体にモールド成形されている。また、肉厚部１５３の凹曲面状に形成された面の径方向における両端部には、軸方向の全長にわたって断面が長方形形状を有する凹部１５６が形成されており、肉厚部１５３の径方向に沿った両端面には、それぞれ２個ずつの凸部１５７が形成されている。
【００１８】
スリップリングカバー５４は、回転軸３３の一方端側に形成されたスリップリング３７、３８を覆って保護するためのものであり、筒体の周の約１／４を取り除いた形状を有し、径方向の断面形状が円周の約３／４となる。したがって、スリップリングカバー５４は、周方向に約３／４円を有する樹脂材料（例えばナイロン製）からなるほぼ円筒状の周壁１６０によって構成されている。この周壁１６０の周方向における両端部には、ブラシホルダ５３の凹部１５６と嵌め合わされるための、軸方向に伸びる比較的薄肉のＶ字状凸部１６１が形成されている。また、Ｖ字状凸部１６１の外側には、ブラシホルダ５３の凸部１５７と係合するかぎ状の突起部１６２が形成されている。
【００１９】
ブラシ装置５は、スリップリングカバー５４を固定しておいて、ブラシホルダ５３の凹部１５６をスライドさせながらスリップリングカバー５４のＶ字状凸部１６１に嵌め合わせることにより組み付けられる。ブラシ装置５は、このようにして組み付けられた状態で軸方向の両端面において段差が生じないように、ブラシホルダ５３とスリップリングカバー５４のそれぞれの軸方向長さが設定されている。例えば、図２および図３に示すように、ブラシホルダ５３の箱部１５２と肉厚部１５３のリヤカバー６側の端面とスリップリングカバー５４のリヤカバー６側端面のそれぞれが段差のない同一平面上に形成されている。また、少なくともブラシホルダ５３の肉厚部１５３のフレーム４側の端面とスリップリングカバー５４のフレーム４側端面とが段差のない同一平面上に形成されている。
【００２０】
次に、リヤカバー６の詳細構造について説明する。図５は、リヤカバー６の平面図であり、ブラシ装置５等が収納されているフレーム４側からみた形状が示されている。
リヤカバー６は、ほぼ円形に形成された平面部６４と、この平面部６４の周囲を軸方向に延長した円筒部６５とを有しており、円筒部６５の一方端に形成される開口側にブラシ装置５等を収容してこれらを保護するようになっている。平面部６４には、シール部材５６を挟んでブラシ装置５と対向する領域に、１ヶ所以上の屈曲した形状を有する溝部６６によって迷路構造が形成されている。
【００２１】
図６は、迷路構造が形成された領域近傍の拡大図である。また、図７はこの迷路構造近傍の部分的な斜視図であり、ブラシ装置５等との対応関係が示されている。図６においてハッチングが付された領域６９が、シール部材５６によって覆われる領域であり、リヤカバー６に形成された溝部６６とこの溝部６６の開口を閉塞するように配置されるシール部材５６とによって囲まれた迷路構造の空間によって換気通路６７が形成される。換気通路６７は、ブラシホルダ５３、スリップリングカバー５４とスリップリング３７、３８とによって挟まれた内部空間とブラシ装置５の外部のリヤカバー６内の空間とをつないでいる。この内部空間は、ブラシ装置５とその軸方向の両端面側に配置される２つのシール部材５５、５６とによって気密性が保たれており、回転子３を回転させてこの内部空間が負圧になると、換気通路６７の一方端に形成された開口部６８から吸入された空気が換気通路６７を通ってこの内部空間に導かれて内部空間の換気が行われる。
【００２２】
ところで、本実施形態の車両用交流発電機１は、上述したスリップリング３７、３８近傍の内部空間内に導かれた空気を排出するために、回転軸３３に沿った向きに形成された第１の開口部と、径方向に沿った向きに形成された第２の開口部を有している。次に、これら２種類の開口部について詳細に説明する。
【００２３】
図８は、リヤ側のフレーム４の外側形状を示す正面図である。また、図９は図８に示したフレーム４の中央近傍の部分的な拡大図である。図１０は、リヤ側のフレーム４の内側形状を示す正面図である。
リヤ側のフレーム４には、回転子３に固定されたリヤ側の冷却ファン３６の回転により、フレーム４の内部に冷却風を吸い込むための複数の吸入窓４１がほぼ同一円周上で開口している。また、リヤ側のフレーム４の後側端部には、ブラシホルダ５３の箱部１５２と肉厚部１５３のフレーム４側端面とスリップリングカバー５４のフレーム４側端面とがシール部材５５を挟んで接する領域にフランジ８０が形成されている。また、このフランジ８０に隣接し、ブラシ装置５を組み付ける際に、ブラシホルダ５３の側面から突出した負極側の端子１５５が配置される位置に、ビス締めすることによりこの負極側の端子１５５等をフレーム４に電気的に接続して固定するための台座８２が形成されている。
【００２４】
また、リヤ側のフレーム４には、回転軸３３に沿った向きであって車両用交流発電機１を車両に組み付けた際の天方向に対してほぼ９０°となる位置でリヤカバー６側に開口した開口部８４を有する第１の摩耗粉排出通路８５と、天方向とほぼ反対向き（ほぼ地方向であって、正確には地方向に対して１５°ずれた向き）に開口した開口部８６を有する第２の摩耗粉排出通路８７が形成されている。このように、本実施形態では、第２の摩耗粉排出通路８７が、第１の摩耗粉排出通路８５の位置から回転軸３３の周方向にオフセットされた位置に形成されている。
【００２５】
図１１は、回転軸３３に沿った向きに開口部８４を有する一方の摩耗粉排出通路８５を含む拡大断面図であり、図９に示すＯ−ＸＩ線を含む断面であってブラシ装置５やリヤカバー６等が組み付けられた状態が示されている。図１１において、点線の矢印は、スリップリング３７、３８近傍の内部空間内に吸い込まれて摩耗粉排出通路８５を通して排出される空気の流れを示している。
【００２６】
摩耗粉排出通路８５の開口部８４は、ほぼ同じ大きさに３分割されており、それらを囲むように凸形状の異物侵入防止部としての外壁部８８が形成されている。この外壁部８８は、少なくとも天方向からリヤ側のフレーム４の後側端面およびスリップリングカバー５４に沿った異物の侵入を防止するためのものであり、開口部８４の周囲であって、天方向とスリップリングカバー５４に対向する範囲を含むように形成されている。
【００２７】
図１２は、径方向に沿った向きに開口部８６を有する他方の摩耗粉排出通路８７を含む拡大断面図であり、図９に示すＯ−ＸＩＩ線を含む断面であってブラシ装置５やリヤカバー６等が組み付けられた状態が示されている。図１２において、点線の矢印は、スリップリング３７、３８近傍の内部空間内に吸い込まれて摩耗粉排出通路８７を通して排出される空気の流れを示している。
【００２８】
摩耗粉排出通路８７は、リヤ側のフレーム４の内側端部の一部に径方向に沿って形成された溝部（凹部）を、その開口側に軸受け８９を配置して塞ぐことにより構成されている。この摩耗粉排出通路８７の開口部８６は、上述した摩耗粉排出通路８５の開口部８４に比べて面積が約１／３に設定されている。また、この摩耗粉排出通路８７の開口部８６は、上述した摩耗粉排出通路８５の開口部８４よりもリヤ側の冷却ファン３６に近い位置に形成されており、冷却ファン３６を回転させたときに生じる負圧は、面積が大きな開口部８４近傍よりも面積が小さな開口部８６近傍の方が大きくなるように設定されている。
【００２９】
このように、本実施形態の車両用交流発電機１では、開口部の向きが異なる２種類の摩耗粉排出通路８５、８７が形成されているため、泥水等の異物がリヤカバー６内部に侵入した場合にこれらの２つの開口部８４、８６が同時に塞がれる確率を大幅に低減することができる。したがって、少なくとも一方の開口部を通して、スリップリング３７、３８の周辺で発生するブラシ摩耗粉を確実に排出することができる。特に、回転軸３３に沿った一方の開口部８４の周辺に異物侵入防止部としての外壁部８８が形成されているため、リヤ側のフレーム４の後側端面やスリップリングカバー５４の外周面に沿って異物がこの開口部８４に侵入することを有効に防止することができる。
【００３０】
また、リヤ側の冷却ファン３６に近く、大きな負圧が発生する径方向に沿った開口部８６の面積を回転軸３３に沿った開口部８４の面積よりも小さくすることにより、開口部８６につながった摩耗粉排出通路８７によるブラシ摩耗分の排出能力と開口部８４につながった摩耗粉排出通路８５によるブラシ摩耗粉の排出能力を近づけたり、ほぼ同じに設定することができるため、内部空間のブラシ摩耗粉を２つの摩耗粉排出通路８５、８７を通してバランスよく排出することができる。これにより、それぞれの摩耗粉排出通路８５、８７近傍において完全に排出されずに堆積するブラシ摩耗粉の量をほぼ同じにすることができ、一方の摩耗粉排出通路のみに未排出のブラシ摩耗粉が集中して堆積することを防止することができる。
【００３１】
また、径方向の開口部８６を天方向とほぼ反対側（ほぼ地方向）に配置することにより、この開口部８６を通して内部空間に異物が侵入することを防止することができる。しかも、粘性の高い泥等の異物がこの開口部８６近傍に付着した場合であっても、車両用交流発電機１自体の振動あるいはエンジンから伝わる振動によってこの異物が振り落とされやすくなり、開口部８６が塞がれることを防止することができる。
【００３２】
また、上述した摩耗粉排出通路８５、８７をフレーム４の一部として一体成形することにより、部品点数を減らすことができるため、製造コスト、組み付けコスト等を下げることができる。
また、２つの開口部８４、８６が形成されているため開口部全体の面積を従来よりも大きくすることが容易であり、空気やブラシ摩耗粉の排出能力を高めることにより、ブラシ温度を低減することができる。
【００３３】
また、第２の摩耗粉排出通路８７の形成位置を、第１の摩耗粉排出通路８５の形成位置から回転軸３３の周方向にオフセットすることにより、すなわち径方向に沿ってずらすことにより、これら２種類の摩耗粉排出通路８５、８７の各開口部が同時に塞がれる確率をさらに低くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】車両用交流発電機の全体構成を示す図である。
【図２】ブラシホルダとスリップリングカバーとの組み付け状態を示すブラシ装置の斜視図である。
【図３】ブラシを組み付ける前のブラシホルダの斜視図である。
【図４】スリップリングカバーの斜視図である。
【図５】リヤカバーの内側から見た平面図である。
【図６】迷路構造が形成された領域近傍のリヤカバーの部分的な拡大図である。
【図７】迷路構造近傍の部分的な斜視図である。
【図８】リヤ側のフレームの外側形状を示す正面図である。
【図９】図８に示したフレームの中央近傍の部分的な拡大図である。
【図１０】リヤ側のフレームの内側形状を示す正面図である。
【図１１】回転軸に沿った向きに開口部を有する一方の摩耗粉排出通路を含む拡大断面図である。
【図１２】径方向に沿った向きに開口部を有する他方の摩耗粉排出通路を含む拡大断面図である。
【符号の説明】
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  リヤカバー
３７、３８  スリップリング
５１、５２  ブラシ
５３  ブラシホルダ
５４  スリップリングカバー
５５、５６  シール部材
８０  フランジ
８４  開口部（軸方向）
８５  摩耗粉排出通路（軸方向）
８６  開口部（径方向）
８７  摩耗粉排出通路（径方向）
８８  外壁部
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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