JP3546866B2

JP3546866B2 - 車両用始動充電回転電機

Info

Publication number: JP3546866B2
Application number: JP2001248996A
Authority: JP
Inventors: 篤志大橋; 勝彦楠本; 英規森角; 義信内海
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2001-08-20
Filing date: 2001-08-20
Publication date: 2004-07-28
Anticipated expiration: 2021-08-20
Also published as: US20030034703A1; KR100508322B1; EP1286045B1; KR20030016185A; EP1286045A2; EP1286045A3; DE60225211T2; US7339294B2; DE60225211D1; JP2003061324A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、始動電動機と充電発電機とを一体化した車両用始動充電回転電機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１９は、例えば特開平８−１４１４５号公報に開示された従来の車両用始動充電回転電機を示す断面図である。図において、電動発電機１は、界磁巻線２ａが巻かれた回転子２、３相固定子巻線３ａが巻かれた固定子３、回転子２及び固定子３を収容するフロントブラケット４とリヤブラケット５、回転子２の磁極位置を検出する磁極位置検出センサ６などから構成されている。
【０００３】
回転子２は、両端部がそれぞれ軸受７、８を介してフロントブラケット４とリヤブラケット５に回転自在に支持された回転軸９を備える。回転軸９の一端部は、フロントブラケット４より突出して、その先端部にプーリ１０が固定されている。また、回転軸９の他端部は、リヤブラケット５より突出して、その先端部に２個のスリップリング１１が組付けられている。回転子２に巻かれた界磁巻線２ａは、スリップリング１１及びブラシ１２を介してリヤブラケット５に固定された界磁端子１３に接続されている。
【０００４】
磁極位置検出センサ６は、回転軸９の他端側で回転軸９と同軸的に設置されて、回転軸９（回転子２）の磁極の現在位置を検出する。また、リヤブラケット５の外側には、磁極位置検出センサ６の他に、スリップリング１１に摺接するブラシ１２が設けられて、リヤカバー１４により覆われている。リヤカバー１４は、リヤブラケット５にビス１５で固定されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
以上のような従来の車両用始動充電回転電機において、ブラシ１２を交換するためには、ビス１５を外してリヤカバー１４をリヤブラケット５から取り外し、磁極位置検出センサ６を取り出してからブラシ１２を取り出し、新しいブラシ１２に交換した後、再度磁極位置検出センサ６を取り付けるという手順を踏むことになる。しかし、磁極位置検出センサ６は、検出精度を高くするために、回転子２の磁極に対する取り付け位置に高い精度が要求されている。従って、一度磁極位置検出センサ６を外すと、再度取り付けて設置位置を再調整する作業は非常に煩雑であり、ブラシ１２の交換作業が困難になるという問題点があった。
【０００６】
この発明は、以上のような問題点を解決するためになされたもので、ブラシの交換作業を容易に行うことができる車両用始動充電回転電機を得ることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る車両用始動充電回転電機は、界磁巻線を有する回転子と、固定子巻線を有する固定子と、回転子と固定子とを支持するブラケットと、このブラケット内に配置され一端が回転子に接触して回転子の界磁巻線に界磁電流を供給するブラシと、回転子の回転軸に同軸且つブラシの軸方向外側に配置され回転子の磁極位置を検出する磁極位置検出センサとを備え、電動機または発電機として機能する車両用始動充電回転電機であって、磁極位置検出センサはブラケットに一体的に固定されているものである。
【００１２】
また、ブラケットに固定されブラシを保持するブラシホルダは、ブラシを径方向から着脱交換できるように構成されているものである。
【００１３】
また、固定子の固定子巻線は、固定子鉄心の端面から外方に延出するコイルエンドを有し、このコイルエンドは、固定子鉄心を周方向に整列させて配置されているものである。
【００１４】
また、固定子の固定子巻線は、複数の導体セグメントを接続することによって構成されているものである。
【００１５】
また、固定子の固定子巻線は、固定子鉄心の端面側のスロット外で折り返されて、所定スロット数ごとにスロット内でスロット深さ方向に内層と外層とを交互に採るように巻装された巻線を複数有し、固定子鉄心の端面側のスロット外で折り返されたコイル素線のターン部が周方向に並んでコイルエンド群を構成しているものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による車両用始動充電回転電機を示す断面図、図２は、図１における車両用始動充電回転電機をリヤブラケット側から見た正面図である。図において、電動発電機１は、界磁巻線２ａが巻かれた回転子２、３相固定子巻線３ａが巻かれた固定子３、回転子２及び固定子３を収容するフロントブラケット４とリヤブラケット５、回転子２の回転状態を検出する磁極位置検出センサ６などから構成されている。
【００１７】
回転子２は、両端部がそれぞれ軸受７、８を介してフロントブラケット４とリヤブラケット５に回転自在に支持された回転軸９を備える。回転軸９の一端部は、フロントブラケット４より突出して、その先端部にプーリ１０が固定されている。また、回転軸９の他端部は、２個のスリップリング１１が組付けられている。
【００１８】
リヤブラケット５の外に配置された磁極位置検出センサ６は、回転軸９の他端側で回転軸９と同軸的に設置されて、回転軸９すなわち回転子２の磁極位置を検出する。また、リヤブラケット５の内側には、スリップリング１１に摺接するブラシ１２がブラシホルダ１２ａに保持されて設けられている。
【００１９】
次に動作について説明する。ブラシ１２及びスリップリング１１を介して、界磁巻線２ａに界磁電流が供給されると、回転子２の磁極に磁束が発生する。電動機動作時はこの状態において、多相固定子巻線３ａに多相交流電流を供給することにより、回転子２に回転力が発生する。該回転力が回転軸９、プーリ１０及び図示されないベルト（チェーン、歯付ベルトなどでも良い）を介してエンジン側に伝達されエンジンが始動する。
【００２０】
電動機動作終了後、回転子２はプーリ１０及び回転軸９を介してエンジンにより駆動され、回転子２により回転磁界が発生し、多相固定子巻線３ａに電力が発生して発電機動作を行う。
【００２１】
このような車両用始動充電回転電機において、本実施の形態では、磁極位置検出センサ６をリヤブラケット５に取り付けて一体化して配置した。ブラシ１２を交換する際には、リヤブラケット５を取り外してブラシ１２を取り出すが、本実施の形態では、磁極位置検出センサ６はリヤブラケット５と一体であるので、磁極位置検出センサ６をブラケットから外すことなくブラシ１２を取り外すことができる。
【００２２】
また、組み立て時において、固定子３とリヤブラケット５との位置関係は、固定子３を挟持したフロントブラケット４とリヤブラケット５とを軸方向に締め付け固定する図示しない通しボルトのフロントブラケット４側の穴４ａ、リヤブラケット５側のネジ穴５ａにより位置決めが可能であるので、磁極位置検出センサ６の再取り付けによる再調整の必要がなく、ブラシ１２の交換作業を容易に行うことができる。
【００２３】
参考例１．
図３は、この発明の参考例１による車両用始動充電回転電機を示す断面図である。磁極位置検出センサ６及びブラシ１２はいずれもリヤブラケット５の外側に配置されている。また、リヤブラケット５には、ブラシ１２を径方向に取り出すための開口部５１を有している。磁極位置検出センサ６はブラシ１２のさらに軸方向外側に配置されているが、ブラシ１２をブラシホルダ１２ａごとリヤブラケット５の開口部５１から取り出せば、磁極位置検出センサ６の設置状態に影響されず、ブラシ１２のみを取り外すことができる。なお、この開口部５１を上記実施の形態１に適用しても同様の効果が得られることは言うまでもない。
【００２４】
参考例２．
図４は、この発明の参考例２による車両用始動充電回転電機の磁極位置検出センサ及びブラシの取り付け部を拡大した断面図である。磁極位置検出センサ６及びブラシ１２はいずれもリヤブラケット５の外側に配置されている。また、ブラシ１２は磁極位置検出センサ６のさらに軸方向外側に配置され、磁極位置検出センサ６及びブラシ１２を包囲するようにリヤカバー１４が設けられている。ブラシ１２はリヤブラケット５の外側に配置され、且つ磁極位置検出センサ６のさらに軸方向外側に配置されているため、リヤカバー１４を外すだけでブラシ１２を取り出すことができ、ブラシ１２の交換作業を容易に行うことができる。
【００２５】
実施の形態２．
図５は、この発明の実施の形態２による車両用始動充電回転電機の磁極位置検出センサ及びブラシの取り付け部を拡大した断面図である。磁極位置検出センサ６及びブラシ１２はいずれもリヤブラケット５の内側に配置されている。磁極位置検出センサ６はリヤブラケット５と一体であるので、ブラシ１２を交換する際に、リヤブラケット５を取り外しても、磁極位置検出センサ６をブラケットから外すことなくブラシ１２を取り外すことができる。
【００２６】
また、組み立て時において、固定子３とリヤブラケット５との位置関係は、固定子３を挟持したフロントブラケット４とリヤブラケット５とを軸方向に締め付け固定する図示しない通しボルトのフロントブラケット４側の穴４ａ、リヤブラケット５側のネジ穴５ａにより位置決めが可能であるので、磁極位置検出センサ６の再取り付けによる再調整の必要がなく、ブラシ１２の交換作業を容易に行うことができる。また、ブラシ１２はリヤブラケット１２の内側に配置されているので、ブラシ１２を外的な要因から保護することができる。
【００２７】
なお、上記参考例１におけるリヤブラケット５の開口部５１を設けて、ブラシ１２をブラシホルダ１２ａごと径方向から取り出せるようにすれば、リヤブラケット５とフロントブラケット４とを取り外すことなくブラシ１２のみを取り外すことができ、ブラシの交換作業をさらに容易に行うことができる。
【００２８】
参考例３．
図６は、この発明の参考例３による車両用始動充電回転電機の磁極位置検出センサの取り付け部を拡大した断面図である。上記各実施の形態では、磁極位置検出センサ６及びブラシ１２を、プーリ１０とは反対側の回転軸９端部に配置したが、本実施の形態では、ブラシ１２を反プーリ１０側に、磁極位置検出センサ６をプーリ１０側の回転軸９端部にそれぞれ配置するものである。これにより、磁極位置検出センサ６とブラシ１２とは互いに近接せず離れて配置されるため、ブラシ１２の磨耗粉などが飛散しても磁極位置検出センサ６に影響を与えることがないと共に、磁極位置検出センサ６の設置状態に影響されずブラシ１２を交換できる。なお、本参考例では、ブラシ１２を反プーリ１０側に、磁極位置検出センサ６をプーリ１０側に配置した例を説明したが、その逆でも同様の効果が得られることは言うまでもない。
【００２９】
実施の形態３．
図７は、この発明の実施の形態３による車両用始動充電回転電機の固定子を示す斜視図である。図に示すように、固定子３は、軸方向に延びるスロット３ｄが周方向に所定ピッチで複数形成された円筒状の固定子鉄心３ｂと、固定子鉄心３ｂに巻装された固定子巻線３ａと、各スロット３ｄ内に装着されて固定子巻線３ａと固定子鉄心３ｂとを電気的に絶縁する絶縁紙３０とを備えている。図に示すような固定子３において、固定子巻線３ａのコイルエンドは整列しているので、コイルエンドが短くなり、磁極位置検出センサ６の設置で長くなった車両用始動充電回転電機の全長を短くできる。
【００３０】
なお、この毎極毎相２の固定子３を実現するためには、固定子巻線３ａを導体セグメントで構成することが望ましい。図８は、固定子巻線５を構成する導体セグメントを示す斜視図であり、固定子鉄心３ｂに組み付ける前の状態を示している。図において、導体セグメント３１は、棒状あるいは板状の金属材料（例えば銅）をターン部３１ｃで折り曲げた略Ｕ字状に形成されており、ターン部３１ｃよりスロット３ｄの内周側に配置される内層側導体３１ａと、ターン部３１ｃよりスロット３ｄの外周側に配置される外層側導体３１ｂとを含んで構成される。
【００３１】
図９乃至図１１は、固定子巻線３ａの製造方法を説明する説明図である。なお、ここで絶縁紙３０は省略されている。絶縁紙３０は、１スロット分の環状に成形され、スロット３ｄに対して軸方向に沿って挿入が行われる。絶縁紙３０のスロット３ｄへの組み付けが完了した後、図９に示されるように、導体セグメント３１は、矢印Ａのようにスロット３ｄに対して軸方向に挿入される。挿入された導体セグメント３１は、その端部３１ｄをスロット３ｄの他側面から突出した後、図１０に示されるように、端部３１ｄを矢印Ｂのようにそれぞれ固定子鉄心３ｂの周方向に曲げて（ツイスト成形）図１１の状態とし、異なるスロット３ｄに挿入された導体セグメント３１の端部３１ｄと接続する。
【００３２】
なお、導体セグメント３１は、上記図８で示した略Ｕ字状のほかに、略Ｊ字状、略Ｉ字状など、種々の導体セグメントを採用しても、同様の効果が得られることは言うまでもない。
【００３３】
実施の形態４．
上記実施の形態３では、固定子巻線３ａとして導体セグメント３１を用いて構成することについて説明したが、固定子巻線３ａを単一の素線（連続線）で構成しても良い。図１２は、この発明の実施の形態６による回転電機の固定子を示す斜視図である。
【００３４】
固定子３は、図１２に示されるように、軸方向に延びるスロット３ｄが周方向に所定ピッチで複数形成された円筒状の積層鉄心から成る固定子鉄心３ｂと、固定子鉄心３ｂに巻装された固定子巻線３ａと、各スロット３ｄ内に装着されて固定子巻線３ａと固定子鉄心３ｂとを電気的に絶縁する絶縁紙３０とを備えている。そして、固定子巻線３ａは、１本の素線３２が、固定子鉄心３ｂの端面側のスロット３ｄ外で折り返されて、所定スロット数毎にスロット３ｄ内でスロット深さ方向に内層と外層とを交互に採るように波巻きされて巻装された巻線を複数備えている。
【００３５】
次に、固定子３の製造方法について図１３乃至図１８を参照にして具体的に説明する。まず、図１３に示されるように、１２本の長尺の素線３２を同時に同一平面上で雷状に折り曲げ形成する。ついで、図１４に矢印で示されるように、直角方向に治具にて折り畳んでゆき、図１５に示される素線群３２Ａを作製する。さらに、同様にして、図１６に示されるように、渡り結線および口出し線を有する素線群３２Ｂを作製する。素線群３２Ａ、３２Ｂは、このようなパターンに形成された２本の素線３２を図１８に示されるように６スロットピッチずらして直線部３２ｂを重ねて配列された素線対が１スロットピッチずつずらして６対配列されて構成されている。そして、素線３２の端部が素線群３２Ａ、３２Ｂの両端の両側に６本づつ延出されている。また、ターン部３２ａが素線群３２Ａ、３２Ｂの両側部に整列されて配列されている。
【００３６】
一方、台形形状のスロット３ｄ及びティース３ｃが所定のピッチで形成された主積層板が所定枚数積層されて、さらにその外周部の所定の位置が積層方向にレーザ溶接されて、図１７に示されるように、概略直方体の積層鉄心３００が作製される。
【００３７】
そして、図１８に示されるように、絶縁紙３０及び２つの素線群３２Ａ、３２Ｂを重ねて積層鉄心３００に装着する。ついで、積層鉄心３００を丸め、その端面同士を当接させて溶接し、図１２に示されるように、円筒状の固定子３を得る。
【００３８】
本実施の形態における固定子巻線３ａは単一の素線３２（連続線）であるため、上記実施の形態６のように、導体セグメント３１を接合することによって固定子巻線３ａを形成するよりも接合部が少なくなるので、固定子巻線３ａのコイルエンドを低くすることができ、全長の短い固定子３を容易に製造できる。
【００３９】
【発明の効果】
以上のように、請求項１記載の発明によれば、界磁巻線を有する回転子と、固定子巻線を有する固定子と、回転子と固定子とを支持するブラケットと、このブラケット内に配置され一端が回転子に接触して回転子の界磁巻線に界磁電流を供給するブラシと、回転子の回転軸に同軸且つ上記ブラシの軸方向外側に配置され回転子の磁極位置を検出する磁極位置検出センサとを備え、電動機または発電機として機能する車両用始動充電回転電機であって、磁極位置検出センサはブラケットに一体的に固定されているので、磁極位置検出センサをブラケットから外すことなくブラシを取り外すことができ、磁極位置検出センサの再取り付けによる再調整の必要がなく、ブラシの交換作業を容易に行うことができる。
【００４４】
また、請求項２記載の発明によれば、ブラケットに固定されブラシを保持するブラシホルダは、ブラシを径方向から着脱交換できるように構成されているので、磁極位置検出センサの設置状態に影響されずブラシのみ取り外すことができ、ブラシの交換作業を容易に行うことができる効果が得られる。
【００４５】
また、請求項３記載の発明によれば、固定子の固定子巻線は、固定子鉄心の端面から外方に延出するコイルエンドを有し、このコイルエンドは、固定子鉄心を周方向に整列させて配置されているので、コイルエンドが低くなり、磁極位置検出センサの分長い回転電機の全長を短くできる効果が得られる。
【００４６】
また、請求項４記載の発明によれば、固定子の固定子巻線は、複数の導体セグメントを接続することによって構成されているので、全長の短い固定子を簡便に製造できる効果が得られる。
【００４７】
また、請求項５記載の発明によれば、固定子の固定子巻線は、固定子鉄心の端面側のスロット外で折り返されて、所定スロット数ごとにスロット内でスロット深さ方向に内層と外層とを交互に採るように巻装された巻線を複数有し、固定子鉄心の端面側のスロット外で折り返されたコイル素線のターン部が周方向に並んでコイルエンド群を構成しているので、固定子巻線における接合部を少なく構成でき、全長の短い固定子を簡便に製造できる効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１による車両用始動充電回転電機を示す断面図である。
【図２】この発明の実施の形態１による車両用始動充電回転電機を示す正面図である。
【図３】この発明の参考例１による車両用始動充電回転電機を示す断面図である。
【図４】この発明の参考例２による車両用始動充電回転電機の磁極位置検出センサ及びブラシの取り付け部を拡大した断面図である。
【図５】この発明の実施の形態２による車両用始動充電回転電機の磁極位置検出センサ及びブラシの取り付け部を拡大した断面図である。
【図６】この発明の参考例３による車両用始動充電回転電機の磁極位置検出センサの取り付け部を拡大した断面図である。
【図７】この発明の実施の形態３による回転電機の固定子を示す斜視図である。
【図８】この発明の実施の形態３による回転電機の固定子巻線を構成する導体セグメントを示す斜視図である。
【図９】この発明の実施の形態３による回転電機の固定子巻線の製造方法を説明する説明図である。
【図１０】この発明の実施の形態３による回転電機の固定子巻線の製造方法を説明する説明図である。
【図１１】この発明の実施の形態３による回転電機の固定子巻線の製造方法を説明する説明図である。
【図１２】この発明の実施の形態４による回転電機の固定子を示す斜視図である。
【図１３】この発明の実施の形態４による回転電機の固定子巻線の製造方法を説明する説明図である。
【図１４】この発明の実施の形態４による回転電機の固定子巻線の製造方法を説明する説明図である。
【図１５】この発明の実施の形態４による回転電機の固定子巻線の製造方法を説明する説明図である。
【図１６】この発明の実施の形態４による回転電機の固定子巻線の製造方法を説明する説明図である。
【図１７】この発明の実施の形態４による回転電機の固定子巻線の製造方法を説明する説明図である。
【図１８】この発明の実施の形態４による回転電機の固定子巻線の製造方法を説明する説明図である。
【図１９】従来の車両用始動充電回転電機を示す断面図である。
【符号の説明】
１車両用始動充電回転電機、２回転子、２ａ界磁巻線、３固定子、３ａ固定子巻線、４フロントブラケット、５リヤブラケット、６磁極位置検出センサ、７、８軸受、９回転軸、１０プーリ、１１スリップリング、１２ブラシ

Claims

界磁巻線を有する回転子と、固定子巻線を有する固定子と、上記回転子と上記固定子とを支持するブラケットと、このブラケット内に配置され一端が上記回転子に接触して上記回転子の界磁巻線に界磁電流を供給するブラシと、上記回転子の回転軸に同軸且つ上記ブラシの軸方向外側に配置され上記回転子の磁極位置を検出する磁極位置検出センサとを備え、電動機または発電機として機能する車両用始動充電回転電機であって、上記磁極位置検出センサは上記ブラケットに一体的に固定されていることを特徴とする車両用始動充電回転電機。
ブラケットに固定されブラシを保持するブラシホルダは、上記ブラシを径方向から着脱交換できるように構成されていることを特徴とする請求項１記載の車両用始動充電回転電機。
固定子の固定子巻線は、固定子鉄心の端面から外方に延出するコイルエンドを有し、このコイルエンドは、上記固定子鉄心を周方向に整列させて配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の車両用始動充電回転電機。
固定子の固定子巻線は、複数の導体セグメントを接続することによって構成されていることを特徴とする請求項３記載の車両用始動充電回転電機。
固定子の固定子巻線は、固定子鉄心の端面側のスロット外で折り返されて、所定スロット数ごとに上記スロット内でスロット深さ方向に内層と外層とを交互に採るように巻装された巻線を複数有し、上記固定子鉄心の端面側の上記スロット外で折り返された上記コイル素線のターン部が周方向に並んでコイルエンド群を構成していることを特徴とする請求項３記載の車両用始動充電回転電機。