JP3904761B2 - 車両用交流発電機の回転子 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、車両に搭載される交流発電機の、特に回転子コイル口出し部の構成に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図５ないし図８は、従来の車両用交流発電機の構成と問題点とを説明するためのものであり、図５は車両用交流発電機の断面図、図６はファンの一部を切り欠いた回転子の斜視図、図７は回転子コイルの口出し部詳細図、図８は回転子コアに加わる振動の状態を説明するためのものである。図５において、１はフロントブラケット２と、リヤブラケット３と、固定子コイル４を有する固定子コア５とからなる固定子、６は一対の回転子コア７および８と、この回転子コア７および８に挟持される回転子コイル９と、回転軸１０とからなる回転子である。回転軸１０のフロントブラケット２側にはプーリ１１が、リヤブラケット３側には回転子コイル９に励磁電流を供給するためのスリップリング１２が設けられ、回転子コア７にはフロント側ファン１３が、回転子コア８にはリヤ側ファン１４が取り付けられている。
【０００３】
リヤブラケット３にはスリップリング１２に摺動するブラシ１５を有するブラシホルダ１６と、固定子コイル４の交流出力を整流する整流器１７と、この出力電圧を制御する電圧調整器１８とが取り付けられ、また、回転子６は図６に示すように回転子コア７と８とが交互に磁極１９と２０とを形成し、回転子コイル９は図５に示すように、ボビン２１に巻回されて回転子コア７と８との間に挟持されている。回転子コイル９の巻始めと巻終わりの口出し線９ａは、ボビン２１の端末固定部２１ａに保持された後、絶縁スリーブにより電気的に保護されて回転子コア８に設けられた溝８ａを通り、スリップリング１２に設けられたフック１２ａで固定されて接続端子１２ｂにスポット溶接などにより接続されている。
【０００４】
この口出し線９ａの配線は自動機により行われるが、自動機の構成上回転子コア８に設けられる溝８ａの方向は、端末固定部２１ａから回転軸１０の中心に向かういわゆる放射線方向からは傾いた方向に設定されている。このために、端末固定部２１ａからフック１２ａにかけて溝８ａ中を配線される口出し線９ａには曲げ方向に遠心力が加わることになり、口出し線９ａを溝８ａの底面に樹脂を充填して接着することにより遠心力に対応し、フック１２ａとの固定部分において、図７に示すように溝８ａの底面から離れて空間配線され、接続端子１２ｂに接続するように構成されている。なお、図６では巻始めと巻終わりの両口出し線の内、一方の口出し線のみが図示されている。
【０００５】
このように構成された車両用交流発電機において、回転子６が内燃機関に駆動され、ブラシ１５とスリップリング１２とを介して回転子コイル９に励磁電流が供給されると固定子コイル４は交流電力を発電し、整流器１７により直流に変換されて出力されると共に、電圧調整器１８が励磁電流を調整して出力電圧を制御する。固定子コイル４と整流器１７と電圧調整器１８とは発熱体であるため、動作中は回転子コア７および８に設けられたフロント側ファン１３とリヤ側ファン１４とが外気を導入して常時冷却するように構成されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
車両用交流発電機は低速回転域から充分な出力を得るために、駆動する内燃機関に対して増速比が大きく設定され、近年では最高回転数が１８０００ＲＰＭにまで達するようになってきた。このために、回転中心からの放射線方向に対し傾いた方向に配線される口出し線９ａには大きな遠心力が加わり、これに加えて内燃機関の回転変動に伴う角加速度が回転子６に加わるために、口出し線９ａには大きな応力が加わるようになってきている。さらに、回転子コア８には図８に示すように、回転子コア８の磁極２０と固定子コア５との電磁吸引力に起因する振動が加わり、この振動は、回転子コア８の外側面においては口出し線９ａを溝８ａの底面に接着する充填樹脂を溝８ａの底面から剥離させる障害を与える。
【０００７】
また、例えば、出力１００Ａクラスの車両用交流発電機では、固定子コイル４の発熱量が最大で約５００ワット、整流器１７の発熱量が最大で約１２０ワットにもなり、さらに電圧調整器１８も発熱体であるために、フロント側ファン１３が固定子コイル４を、また、リヤ側ファン１４が固定子コイル４と整流器１７と電圧調整器１８とを通風冷却しているが、エンジン室の温度が１００℃のとき、固定子コイル４や整流器１７の温度は約２００℃に達する。リヤ側ファン１４の冷却風は図５の矢印Ａに示すように、整流器１７と電圧調整器１８とを冷却後、熱風となって回転子コア８の外側面を通り、さらに回転子コイル９自体が約６０ワットの発熱を有するため、回転子コア８の外側面の溝８ａ内に配設される口出し線９ａと接着用の樹脂とは高熱に晒されることになり、最高時には１５０℃以上に達することもある。
【０００８】
このように、口出し線９ａには高い温度と、振動と遠心力による応力とが加わることになり、発電機の高出力化と高速化に伴いこの条件はさらに厳しいものとなるため、口出し線９ａを溝８ａの底面に接着する樹脂が劣化し、溝８ａの底面より剥離して口出し線９ａが疲労断線するトラブルが増加してきている。また、剥離した樹脂は遠心力により飛散し、回転子コア７および８と固定子コア５との間に噛み込んだり、固定子コイル４などの絶縁に損傷を与えたり、はブラシ１５に損傷を与えるなどの二次的障害も無視できない状態になってきている。
【０００９】
このような課題に対しては、例えば実公平６ー４４２９６号公報に示されるような技術が対策として開示されている。この技術は回転子コアに取り付けられたファンの内周をスリップリングの外周に嵌合し、回転子コイルの口出し線をスリップリングに接続する部分の周囲をファンに設けた障壁とスリップリングとで取り囲み、この空間に絶縁処理材を充填して固着するようにしたものである。このような手段を講じることにより、熱的劣化などにより絶縁処理材が回転子コアから剥離しても遠心力をファンに設けた障壁で受けることができ、口出し線に加わる応力を低減することが可能となるが、周囲を取り囲むファンの障壁やスリップリングなどの金属部品と絶縁処理材との熱膨張係数の差による熱的応力が接続部や絶縁処理材に働き、完全な断線対策とはならないばかりでなく、絶縁処理材の割れ飛散による二次的障害や、ファンの風量導入面積の減少や、機械的アンバランス量の増大など、副作用が避けられないものであった。
【００１０】
この発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、回転子コイルの口出し線に加わる遠心力による応力の低減を可能とし、樹脂の剥離と飛散とを防止できる構成とすることにより、口出し線の断線事故を防止し、信頼性の高い車両用交流発電機の回転子を得ることを目的とするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
この発明に係わる車両用交流発電機の回転子は、界磁用の回転子コイルを巻回し、回転子コイルの口出し線を保持する端末固定部を有するボビンと、このボビンと回転子コイルとを両側より挟持する一対の回転子コアと、この回転子コアの両外端面に取り付けられるフロント側ファンとリヤ側ファンと、回転子コイルの口出し線を接続するターミナルを有し回転子コイルに励磁電流を供給するスリップリングと、回転子コアのリヤ側ファン取付側の外側面に設けられ、前記の端末固定部からターミナルにいたる回転子コイルの口出し線を収納する溝とを備え、ボビンの端末固定部とスリップリングのターミナルと回転子コアの溝とが回転子の中心を通る放射線上にほぼ直線状に配設され、この溝が内径側に幅が広く外径側に幅が狭く設定されると共に、この溝が内径側の一部を除きリヤ側ファンにより外面が覆われ、溝内には樹脂が充填されるようにしたものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１ないし図４はこの発明の実施の形態１の車両用交流発電機の回転子の構成を示すもので、図１はファンの一部を切り欠いた回転子の斜視図、図２は回転子を回転子コイルの口出し線部分にて断面した断面図、図３および図４は口出し線をスリップリングに接続する部分の詳細図であり、図中、上記の従来例と同一部分には同一符号が付与されている。図において、６は回転子コア７および８と、界磁用の回転子コイル９と、回転軸１０とからなる回転子であり、回転子コア７にはフロント側ファン１３が、回転子コア８にはリヤ側ファン１４がスポット溶接などにより取り付けられ、回転子コア７および８は交互に界磁用の磁極１９および２０を形成している。
【００１３】
回転子コイル９はボビン２１に巻回されて回転子コア７と８とに挟持固定され、回転子コイル９の巻始めと巻終わりの各口出し線９ａはボビン２１の端末固定部２１ａにそれぞれ固定され、絶縁スリーブにより電気的に保護されて回転子コア８に設けられた溝２２内を通り、スリップリング１２に設けられたターミナル２３に接合される。端末固定部２１ａとターミナル２３とは、回転軸１０の回転中心を通る放射線上にほぼ直線状に配設され、溝２２もこの放射線上にほぼ直線状に設けられると共に、端末固定部２１ａ近辺、すなわち、回転子コア８の外径側では幅の狭いスリット部２２ｂとされ、スリップリング１２の近辺、すなわち、内径側では幅が拡大されて幅の広い樹脂充填部２２ａとして形成されている。
【００１４】
口出し線９ａは上記の通りボビン２１の端末固定部２１ａに保持された後、溝２２内に収納されてスリップリング１２のターミナル２３まで配線されるが、リヤ側ファン１４が樹脂充填部２２ａの内径側の一部を除く溝２２を覆うことにより、口出し線９ａは溝２２内に保持され、ターミナル２３の近辺で放射線方向を保ったまま引き出されて先端のＬ字型に形成された部分がターミナル２３に係合固定されると共に、スポット溶接などにより電気的および機械的に接合される。さらに、樹脂充填部２２ａから溝２２内に樹脂が充填され、この樹脂はリヤ側ファン１４と溝２２の底面との間を充填して口出し線９ａと樹脂自体とを溝２２とリヤ側ファン１４との間に固着する。また、図４に示すように、この樹脂は口出し線９ａがターミナル２３に係合する部分にまで充填され、口出し線９ａを覆う絶縁スリーブ内にも流入し、口出し線９ａの外皮を硬化させる。
【００１５】
このように、この発明の実施の形態１の車両用交流発電機の回転子によれば、口出し線９ａを収納する溝２２の形状を回転子コア８の外径側で狭く、内径側で幅を広く設定したので、この溝に充填された樹脂に加わる遠心力は溝２２の側壁で受け止めることができ、また、図８に示すような回転子コアの８の振動変位に対しては、樹脂がリヤ側ファン１４と溝２２の底面との間に充填され保持されているので剥離することがない。また、口出し線９ａが回転子コア８に設けられた溝２２内を回転中心を通る放射線上に配置されるので、遠心力に伴う曲げ応力は加わらず、また、口出し線９ａを樹脂充填部２２ａからターミナル２３まで引き出される部分についても放射線上に配置されるので長さが短縮でき、樹脂で硬化されるので遠心力による応力を最小に抑制することができる。
【００１６】
さらに、上記のように溝２２の底面とリヤ側ファン１４との間に保持された樹脂は遠心力による飛散がなく、二次的な障害を与えることもない。このように構成されたこの発明の実施の形態１の回転子を用いた車両用交流発電機を、雰囲気温度１００℃にて回転数を０から１８０００ｒｐｍまでアップダウンさせる試験を実施したところ、約８００時間の耐久性のあることが確認され、上記の従来構造の発電機が同一条件の試験で約１５０時間で断線に至った結果と比較して格段の効果のあることが確認できた。
【００１７】
【発明の効果】
以上に説明したようにこの発明によれば、回転子コイルの口出し線の配線方向を回転中心を通る放射線上に設定し、口出し線を収納する溝の形状を外径側で幅を狭く内径側では幅を拡大して幅広に設定し、この溝に充填され口出し線を固着する充填樹脂がリヤ側ファンと溝との間に保持されるようにしたので、遠心力などによる応力が低減でき、断線事故や樹脂の剥離による飛散を効果的に防止することができ、高速化や高出力化に対応可能な車両用交流発電機の回転子を得ることができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１の車両用交流発電機の回転子の斜視図である。
【図２】 この発明の実施の形態１の車両用交流発電機の回転子の断面図である。
【図３】 この発明の実施の形態１の口出し線処理の詳細図である。
【図４】 この発明の実施の形態１の口出し線処理の詳細図である。
【図５】 従来の車両用交流発電機の断面図である。
【図６】 従来の車両用交流発電機の回転子の斜視図である。
【図７】 従来の口出し線処理の詳細図である。
【図８】 回転子コアに加わる振動状態の説明図である。
【符号の説明】
６ 回転子、７、８ 回転子コア、９ 回転子コイル、９ａ 口出し線、
１０ 回転軸、１２ スリップリング、１３ フロント側ファン、
１４ リヤ側ファン、１９、２０ 磁極、２１ ボビン、
２１ａ 端末固定部、２２ 溝、２２ａ 樹脂充填部、
２２ｂ スリット部、２３ ターミナル、

Claims (1)

1. 界磁用の回転子コイルを巻回し回転子コイルの口出し線を保持する端末固定部を有するボビン、このボビンと回転子コイルとを両側より挟持する一対の回転子コア、この回転子コアの両外端面に取り付けられるフロント側ファンとリヤ側ファン、前記回転子コイルの口出し線を接続するターミナルを有し回転子コイルに励磁電流を供給するスリップリング、前記回転子コアのリヤ側ファン取付側の外側面に設けられ、前記端末固定部からターミナルにいたる回転子コイルの口出し線を収納する溝を備え、前記ボビンの端末固定部と前記スリップリングのターミナルと前記回転子コアの溝とが回転子の中心を通る放射線上にほぼ直線状に配設され、この溝が内径側に幅が広く外径側に幅が狭く設定されると共に、この溝が内径側の一部を除き前記リヤ側ファンにより外面が覆われ、溝内には樹脂が充填されたことを特徴とする車両用交流発電機の回転子。

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