制御装置一体型回転電機
【課題】ベアリングからグリスが染み出した場合でも、スリップリングとブラシとの摺接部にグリスが流れ込むのを防止し、スリップリングもしくはブラシの異常摩耗の発生を防止する制御装置一体型回転電機を得る。
【解決手段】回転軸１２のリア側に、軸端からスリップリング１９、リアベアリング１１ａの順に配置すると共に、スリップリング１９とリアベアリング１１ａとの間に回転センサ１１０を配置し、スリップリング１９とブラシ２１との摺接部とリアベアリング１１ａとの間に、回転軸１２と同期して回転すると共に、回転軸１２に垂直な方向に最大面積になるように円盤状のスリップリング保護部材２７を設置した．
【解決手段】回転軸１２のリア側に、軸端からスリップリング１９、リアベアリング１１ａの順に配置すると共に、スリップリング１９とリアベアリング１１ａとの間に回転センサ１１０を配置し、スリップリング１９とブラシ２１との摺接部とリアベアリング１１ａとの間に、回転軸１２と同期して回転すると共に、回転軸１２に垂直な方向に最大面積になるように円盤状のスリップリング保護部材２７を設置した．
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えば車両のエンジンに連結されたベルト式回転電機を制御する制御装置を備えた制御装置一体型回転電機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、車両のエンジンに連結されたベルト式回転電機、例えば界磁巻線式の車両用回転電機においては、界磁電流がブラシからスリップリングを介して回転子の界磁巻線へと供給される。この際ブラシは、ブラシ後方に取り付けられたスプリングでスリップリングに押し付けられた状態で摺動する。スリップリングとブラシは、プラス側とマイナス側で一組ずつ設置されている。これらのブラシとスリップリングは、一般にプラス側とマイナス側との間の電気絶縁性を確保するために、それぞれ絶縁性のモールド樹脂等で覆われて保持されている。
【０００３】
このブラシとスリップリングとの摺接部に異物が進入すると、ブラシもしくはスリップリングの摩耗が異常に進む状態である異常摩耗状態になる場合がある。そこで、ブラシが収納されているブラシホルダとスリップリングのモールド樹脂との間には、外部からの異物や水分の進入を防止する構造が設けられている。
【０００４】
しかしながら、モータジェネレータのような車両用制御装置一体型回転電機は、オルタネータなどの回転電機と比較して、同等の出力電流を発電したときの回転電機自身の温度上昇が大きく、ベアリングの温度が上昇しやすいと共に、エンジン始動モードを備えるためにベルト張力が大きく、ベアリングが受ける負荷が大きくなる。このため、回転軸をハウジングに固定するベアリングからグリスが染み出す場合があり、この染み出したグリスがブラシとスリップリングとの摺接部へ進入することが懸念される。
【０００５】
また、スリップリングとベアリングは、共に回転軸に固定されて隣り合って配置される場合が多い。この場合、スリップリング、ブラシ、ベアリングは、外部からの異物が進入しないように設けられた連通した半閉鎖空間に取付けられる。このため、ベアリングから染み出したグリスは、容易にスリップリングとブラシとの摺接部に進入することができる状態となる。
【０００６】
このグリスは、ブラシホルダ外部からの異物と同様に、スリップリングとブラシとの摺接部に入り込むと異常摩耗の原因となる。その結果、スリップリングとブラシの異常摩耗の発生を防止することが難しく、異常摩耗が発生した場合には想定されている寿命よりもはるかに早い段階でブラシもしくはスリップリングの摩耗量が限界値を迎え、回転電機が発電不能になる故障の原因となる。
【０００７】
例えば、特開２００２−１５９１５９公報（特許文献１）に開示された車両用交流発電機においては、回転子のリヤ側端面に通常の冷却ファンと第２の冷却ファンが設けられ、この第２の冷却ファンによりベアリング収容部周辺に冷却風を導いて軸受けの温度を低減できる構造がとられている。
【０００８】
また、特開２００７−０７４８５４公報（特許文献２）に開示された車両用回転電機においては、スリップリングの周囲空間を覆うブラシホルダのスリンガ部に通風路を形成し、冷却空気が回転電機の内部を流れる時に生じるスリンガ部内外の差圧を利用してスリンガ内に冷却空気を流入させ、スリップリング、ブラシ、およびこれに近接して配置される軸受の温度上昇を抑える構造がとられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００２−１５９１５９号公報
【特許文献２】特開２００７−０７４８５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上記特許文献１あるいは特許文献２に開示された車両用回転電機は、ベアリングのグリスが流出する原因となるベアリングの温度上昇を抑制する効果により、ベアリングからのグリスの流出量防止に一定の効果あると思われる。しかし、ベルトの張力が大きい制御装置一体型回転電機などでは、特許文献１あるいは特許文献２に開示されているように、ベアリングの温度を低減する方式のみで、ベアリングからのグリスの染み出しを防止することは困難である。このため、ベアリングからグリスが染み出した場合、スリップリングとブラシとの摺接部への流入を防止することができず、ブラシおよびスリップリングの異常摩耗の発生を防止できないという問題がある。
【００１１】
この発明は、上記のような従来の課題を解消するためになされたもので、ベアリングからグリスが染み出した場合でも、スリップリングとブラシとの摺接部にグリスが流れ込むのを防止し、スリップリングもしくはブラシの異常摩耗の発生を防止する制御装置一体型回転電機を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この発明に係る制御装置一体型回転電機は、ハウジングに回転自在に支持された回転軸と、上記回転軸を上記ハウジングのリア側で固定するリアベアリングとフロント側で固定するフロントベアリングと、上記回転軸に固定されると共に界磁鉄心及び界磁巻線を有する回転子と、上記回転軸のリア側に装着されると共に、上記界磁巻線に界磁電流を供給するスリップリングと、上記スリップリングを介して上記界磁巻線に界磁電流を供給するブラシと、上記ブラシを保持すると共に、上記ブラシに界磁電流を供給するブラシホルダと、を備えた制御装置一体型回転電機において、上記回転軸のリア側に、軸端から上記スリップリング、上記リアベアリングの順に配置すると共に、上記スリップリングと上記リアベアリングとの間に回転センサを配置し、上記スリップリングと上記ブラシとの摺接部と上記リアベアリングとの間に、上記回転軸と同期して回転すると共に、上記回転軸に垂直な方向に最大面積になるように円盤状のスリップリング保護部材を設置したものである。
【発明の効果】
【００１３】
この発明に係る制御装置一体型回転電機は、上記の構成を採用することにより、ベアリングからグリスが染み出した場合でも、スリップリング保護部材がスリップリングへのグリス流入に対する防護壁として作用し、スリップリングとブラシとの摺接部にグリスが流れ込むのを防止できる。従って、スリップリングもしくはブラシの異常摩耗の発生を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】この発明の実施の形態１に係る制御装置一体型回転電機の断面図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係る制御装置一体型回転電機の回路図である。
【図３】従来の車両用回転電機のスリップリング近傍の断面図である。
【図４】この発明の実施の形態１に係る制御装置一体型回転電機に用いられるスリップリング保護板の一例を示す外観模式図である。
【図５】この発明の実施の形態１に係る制御装置一体型回転電機に用いられるスリップリング保護板の他の例を示す外観模式図である。
【図６】この発明の実施の形態１に係る制御装置一体型回転電機に用いられるスリップリング保護板の更に他の例を示す外観模式図である。
【図７】この発明の実施の形態１に係る制御装置一体型回転電機に用いられるスリップリング保護板の更に他の例を示す外観模式図である。
【図８】この発明の実施の形態１に係る制御装置一体型回転電機に用いられるスリップリング保護板の更に他の例を示す外観模式図である。
【図９】この発明の実施の形態１に係る回転電機に用いられるスリップリング保護板の更に他の例を示す外観模式図である。
【図１０】この発明の実施の形態１に係る回転電機に用いられるスリップリング保護板の更に他の例を示す外観模式図である。
【図１１】図６に示すスリップリング保護板に回転センサを設置したときの近傍の外観模式図である。
【図１２】この発明の実施の形態２に係る回転電機に用いられるスリップリング保護板の外観模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、この発明に係る制御装置一体型回転電機の好適な実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１６】
実施の形態１．
この発明の実施の形態１に係る制御装置一体型回転電機を図１および図２に基づいて説明する。図１は、実施の形態１に係る制御装置一体型回転電機の断面図で、図２は、その回路図である。この実施の形態１で説明する制御装置一体型回転電機は、車両用の交流発電電動機（モータジェネレータ）を示しているが、他の制御装置一体型回転電機でも適用可能である。
【００１７】
図１および図２において、制御装置一体型回転電機（以下、回転電機という。）１００は、ハウジングとしてのフロントブラケット１０およびリアブラケット１１と、フロントブラケット１０のベアリング１０ａ、およびリアブラケット１１のベアリング１１ａを介して回転自在に支持される回転軸１２と、フロントブラケット１０およびリアブラケット１１に固定されると共に、電機子巻線１３ａを有する固定子１３と、回転軸１２に固定されると共に、界磁鉄心１４および界磁巻線１４ａを有する回転子１５と、回転軸１２のフロント側の端部に固着されるプーリー１６とを備えている。そして、回転電機１００は、プーリー１６に掛けられたベルト（図示せず）を介してエンジンの回転軸（図示せず）に連結されている。また、回転電機１００の駆動の際の発熱により、回転子１５や固定子１３の温度が上昇するため、回転子１５の軸方向両端面には冷却用の遠心ファン１７、１８が設けられている。
【００１８】
また、回転電機１００は、回転軸１２のリア側に装着された一対のスリップリング１９と、回転軸１２のリア側外周に位置するようにリアブラケット１１に取り付けられたブラシホルダ２０と、上記一対のスリップリング１９に摺接するようにブラシホルダ２０内に配置された一対のブラシ２１を備えている。
【００１９】
さらに、回転電機１００は、図２に示すように、直流電力を交流電力、又は交流電力を直流電力に変換するパワー回路部２２と、回転子１５の界磁巻線１４ａに界磁電流を供給する界磁回路部２３と、パワー回路部２２および界磁回路部２３を制御する制御回路部２４を備え、外部接続用コネクタおよび電源端子（図示せず）を介して外部に接続される。
【００２０】
パワー回路部２２は、複数のパワー素子２２ａ、２２ｂと、このパワー素子２２ａ、２２ｂに電気的に接続される電極部材を兼ねるヒートシンク２５（図１参照）を備えている。各パワー素子２２ａ、２２ｂ間の接続は、モールド樹脂にインサート成形された導電性部材（図示せず）と、ヒートシンク２５によって行われ、中継配線部材（図示せず）により制御回路部２４に電気的に接続される。
【００２１】
ここで、制御回路部２４は、制御回路基板（図示せず）と、この制御回路基板を収納する樹脂製のケース（図示せず）を備えている。この樹脂製のケースは、防水カバー（図示せず）等により制御回路基板への塩泥水の浸入を防ぐような構造を有している。界磁回路部２３は、上記の制御回路基板と同一基板上に実装することも可能であり、あるいは制御回路基板と分離して構成してもよい。また、図２に示すように、パワー回路部２２、界磁回路部２３、および制御回路部２４によりパワー部２６が構成されている。なお、上記外部接続用コネクタは、制御回路部２４の近傍に配設され、制御回路部２４と電気的に接続されている。
【００２２】
前述のように、パワー回路部２２を構成するパワー素子２２ａ、２２ｂは、通電時に発熱をともなうため、パワー回路部２２にはパワー素子２２ａ、２２ｂの放熱用のヒートシンク２５が設置されている。このヒートシンク２５は、パワー素子２２ａ、２２ｂの過度の温度上昇を防止するように多数のフィンが設けられている。特にモータジェネレータなどでは、内部に発電電流の整流機能およびインバータ機能を併せ持つパワー回路部２２を備える。パワー回路部２２を構成するパワー素子２２ａ、２２ｂは、ＭＯＳ−ＦＥＴなどのスイッチング可能なパワー半導体を使用し、配線部材もしくは放熱部材などと一括にトランスファー成形されたものや、樹脂性のケースもしくは囲いに覆われシリコーンゲルなどでポッティングされたパワーモジュールとなっている。このパワーモジュールには、ヒートシンク２５が接続されており、通電時にパワー素子２２ａ、２２ｂで生じた発熱を冷却空気に放出する機能を有している。
【００２３】
また、回転電機１００において、界磁回路部２３からの界磁電流は、ブラシホルダ２０に保持されたブラシ２１と回転軸１２に取り付けられたスリップリング１９を介して供給される。ブラシ２１は、スリップリング１９と摺動するようにスプリング（図示せず）で加圧されており、回転電機動作時には両者の摩擦により摺接面で発熱が生じる。また、この摺動部では、ブラシ２１とスリップリング１９は接触状態で保持されるため、接触部の電気抵抗に起因した発熱も生じる。さらに、通電にともなう各部材中のジュール発熱も同時に生じる。
【００２４】
スリップリング１９の近傍には、回転軸１２を固定するリアベアリング１１ａが備えられており、このリアベアリング１１ａは、回転軸１２をフロントブラケット１０、リアブラケット１１に固定する２つのベアリングの中で、スリップリング１９に近い側のベアリングである。リアベアリング１１ａは、回転軸１２とリアブラケット１１の両方に接するが、回転軸１２はリアブラケット１１と接することが無いように配置されるため、回転軸１２とリアブラケット１１との間にはクリアランスが生じる。
【００２５】
従来の回転電機の場合、このクリアランスとスリップリング１９を取り囲むブラシホルダ２０内部の空間は、少なくとも一部分が繋がった状態で設けられている。この結果、リアベアリング１１ａから染み出したグリスがスリップリング１９とブラシ２１との摺接部に流れ込み、異常摩耗が生じる原因となる場合がある。
【００２６】
また、モータジェネレータなどの制御装置一体型回転電機では、動作モードが連続発電モードに加えて、始動モードや回生発電モードなどを備える。特に始動モードを備える車両用回転電機の場合、エンジンの始動に必要な大きな回転トルクを、ベルトを介してエンジンに伝える必要があるため、ベルト張力がオルタネータなどと比較して大きくなる。また、発電モードでもオルタネータと比較して、同等の出力電流を発電した場合には、回転電機の発熱量が大きくなるため、構成部材の温度が高くなる。この結果、制御装置一体型回転電機では、ベアリングのグリスが染み出すことが懸念され、このグリスがスリップリング１９とブラシ２１との摺接部に進入した場合には異常摩耗が発生する原因になる。
【００２７】
そこで、実施の形態１では後述するように、回転軸１２のリア側に、軸端からスリップリング１９、回転センサ、リアベアリング１１ａの順に回転電機構成部材が配置される。そして、スリップリング１９とブラシ２１との摺接部とリアベアリング１１ａとの間に、回転軸１２に固定され回転軸１２に垂直になるように円盤状のスリップリング保護部材（以下、スリップリング保護板という。）２７を設けている。これにより、リアベアリング１１ａからグリスが染み出した場合でも、染み出したグリスがスリップリング１９とブラシ２１との摺接部に付着しないようにしている。
【００２８】
ここで、実施の形態１に係る回転電機をより理解し易くするために、従来の回転電機を図面により説明する。
図３は、従来の車両用回転電機のスリップリング近傍の断面図である。スリップリング１９は回転軸１２に固定されており、回転軸１２は２つのベアリングを介してフロントブラケットとリアブラケット１１に固定されている。スリップリング１９の近くに設置されたリアベアリング１１ａは、回転軸１２に固定された状態でリアブラケット１１に差し込まれることで、回転軸１２を回転自在に固定する。このとき、回転軸１２とリアブラケット１１が接する状態にあると回転抵抗が大きくなるため、２つの部材の間にはクリアランス３０を設ける。このクリアランス３０とスリップリング１９を取り囲むブラシホルダ２０の内部の空間は、少なくとも一部分が繋がった状態で設けられている。この結果、リアベアリング１１ａから染み出したグリスは、容易にスリップリング１９が設置された部分に流れ込むことができる。このグリスがスリップリング１９とブラシ２１との摺接部に付着すると、スリップリング１９やブラシ２１の異常摩耗を引き起こす原因となる。
【００２９】
この構造では、ブラシホルダ２０、リアブラケット１１、リアベアリング１１ａで囲われた空間は、外気と半遮断状態になる。この空間の内部に配置されたブラシ２１とスリップリング１９との摺接部や、リアベアリング１１ａなどは回転電機の動作時に発熱をともなうため、外気と半遮断状態になる空間内部で、リアベアリング１１ａ、ブラシ２１、スリップリング１９で発生した熱が蓄積され、温度上昇が大きくなるという問題がある。
【００３０】
そこで実施の形態１に係る回転電機では、図１に示すように、回転軸１２のリア側に軸端からスリップリング１９、回転センサ（図示せず）、リアベアリング１１ａの順に回転電機構成部材が配置され、スリップリング１９とリアベアリング１１ａの間には、回転軸１２に固定されたスリップリング保護板２７を設ける。この構成による回転電機１００は、回転軸１２を固定するリアベアリング１１ａの近くに回転センサを配置することで、回転センサの検出精度を良好にすることができる。
【００３１】
また、回転軸１２のスリップリング１９が取付けられた部分は、回転電機１００のハウジングの外部に突出するように設けられているため、回転電機１００の動作時に回転子１２に固定された遠心ファン１８により生じる冷却風が、ブラシホルダ２０のブラシ収納部付近に効率よく供給され、ブラシ２１の温度上昇を低減できる。
【００３２】
更に、スリップリング保護板２７がスリップリング１９とリアベアリング１１ａの間にあることにより、リアベアリング１１ａでグリスが染み出した場合でもスリップリング１９の設置部分に流れ込むことを防止する。スリップリング保護板２７の位置は、回転センサのリア側でもフロント側でも良い。ここで、スリップリング保護板２７が、回転センサのフロント側に配置される場合、フロントベアリング１０ａから流出したグリスは、回転センサに付着することが無く、グリスが付着することによる回転センサの誤動作も防止できる。
【００３３】
また、スリップリング保護板２７は、リアブラケット１１およびブラシホルダ２０との間に一定のクリアランスを有する。これにより、外気と空気が出入り可能となり、外部への熱の排出が促進されリアベアリング１１ａの温度上昇が低減される結果、グリスの染み出し量も少なくなり、さらに異常摩耗の発生を防止する効果が向上する。また、スリップリング１９とブラシ２１との摺接部にも冷却風が流入することで、これらの部材の温度上昇が低減され、部材の摩耗速度が小さくなる。
【００３４】
図４は、実施の形態１に係る回転電機に用いられるスリップリング保護板の一例を示す外観模式図である。スリップリング保護板２７は、回転軸１２に固定され、回転軸１２の長手方向に垂直に最大面を持つように設置されている。図４は、図１に示すスリップリング１９に一体成形された場合のスリップリング保護板２７の形状である。なお、スリップリング１９の詳細形状は省略されている。このスリップリング保護板２７により、スリップリング保護板２７よりもフロント側に設置されたリアベアリング１１ａから染み出したグリスが、スリップリング保護板２７よりもリア側に設置されたスリップリング１９に進入することを防止できる。また、スリップリング保護板２７がスリップリング１９と一体成形されていることで、回転軸１２への取り付け強度を高くできる。
【００３５】
また、スリップリング保護板２７は回転軸１２に固定されるため、回転電機１００の動作時には、回転軸１２と同じ回転数で回転する。このとき、スリップリング保護板２７の回転軸１２に対する垂直度が低い場合には振れが生じ、騒音の発生やスリップリング保護板２７自身の信頼性が低下するなどの問題が生じる。しかしながら、スリップリング保護板２７がスリップリング１９に一体成形されている場合、回転軸１２に垂直度良く設置できるため、上記のような問題も回避できる。
【００３６】
スリップリング保護板２７をスリップリング１９とは別の部材で構成し、回転軸１２にかしめやスナップフィットなどの取り付け部材で取り付けてもよい。この場合は、回転電機１００を組み立てる際、回転軸１２にスリップリング１９を固定した後に、リアベアリング１１ａの内周にスリップリング１９を通す場合は、スリップリング保護板２７を別部材で構成し、取り付ける方法をとることで回転電機１００が組立て可能となる。また、スリップリング保護板２７をスリップリング１９などと別部材で構成することで、成形が容易となり、形状の自由度が向上し製造コストが低減する。スリップリング保護板２７がスリップリング１９と一体成形されている場合と別部材で構成されている場合の両者において、スリップリング保護板２７は、スリップリング構成樹脂、スリップリング構成樹脂以外の樹脂、もしくは金属で構成されている。
【００３７】
また、図５は、スリップリング保護板の他の例を示す外観模式図である。図５（ａ）に示すように、スリップリング保護板２７ａは、スリップリング１９と一体に成形された第１のスリップリング保護板２７ａ１と、これに固定される第２のスリップリング保護板２７ａ２の２つの部材で構成されている。このように、第１のスリップリング保護板２７ａ１をスリップリング１９と一体成形することで固定強度を高く保つと共に、回転軸１２に対する高い直角度を得ることができる。そして、図５（ｂ）に示すように、第２のスリップリング保護板２７ａ２を第１のスリップリング保護板２７ａ１に取り付けるように設置することで、スリップリング保護板２７ａの外径をより大きくできると共に、別部材として成形するため複雑な形状を低コストに作り込むことが可能となる。
【００３８】
第１のスリップリング保護板２７ａ１と第２のスリップリング保護板２７ａ２の取り付けは、かしめもしくはスナップフィットなどの取り付け部材で行う。これにより、新たに接着材などの結合部材を設ける必要が無く、製造コストを低減できる。また、構造上スリップリング１９を回転軸１２に取り付けたあとに、リアベアリング１１ａをスリップリング１９の外側を通して取り付ける場合は、スリップリング１９に一体成形されている部材の外形がリアベアリング１１ａの内径よりも小さくする必要がある。図５に示す形態をとることで、第１のスリップリング保護板２７ａ１をリアベアリング１１ａの内径よりも小さくし、リアベアリング１１ａを通した後に第２のスリップリング保護板２７ａ２を固定することで、回転電機１００が組み立て可能であると共に、高いグリスの流入を防止する効果を期待できる直径の大きいスリップリング保護板２７ａを設置可能である。
【００３９】
図６は、スリップリング保護板の更に他の例を示す外観模式図である。スリップリング保護板２７ｂは、リアブラケット１１とブラシホルダ２０との間に一定のクリアランスを有して設置され、外気と空気が出入り可能に構成されている。これにより、スリップリング１９とブラシ２１（図１参照）との摺接部にグリスが付着することを防止すると同時に、スリップリング１９とブラシ２１との摺接部およびリアベアリング１１ａに冷却風が流れ、それぞれの部分の温度上昇を低減できる。また、リアベアリング１１ａから染み出したグリスがスリップリング保護板２７ｂに付着した場合、回転電機１００が動作中であれば、グリスに作用する遠心力により外部に排出される。この結果、リアブラケット１１とスリップリング保護板２７ｂとの間のクリアランスがグリスで詰まることがなく冷却性の悪化も生じない。
【００４０】
図７は、スリップリング保護板の更に他の例を示す外観模式図である。スリップリング保護板２７ｃは、回転軸１２のブラシホルダ２０側（図１参照）に円周状の突部２７ｃ１を設け、ブラシホルダ２０に設けられた窪みと、互いの隙間が小さい状態で組み合わされることで、ラビリンス構造を形成している。スリップリング保護板２７ｃとブラシホルダ２０の一部がラビリング構造を形成することにより、ブラシ２１とスリップリング１９との摺接部近傍への外部からの異物の進入を防止できる。また、ブラシ２１とスリップリング１９との摺接部で発生したブラシ摩耗粉をラビリンス構造の隙間から排出することも可能となる。また、ラビリンス構造の隙間から雰囲気の空気は出入り可能となって、スリップリング１９の近傍生じた熱は外部へ排出しやすくなり、摺接部の温度上昇を低減できる。また、スリップリング保護板２７ｃに円周状の突部２７ｃ１を設けることで、円周方向の剛性が増加し、構造強度などの変形に対する耐性を向上する。
【００４１】
図８は、スリップリング保護板の更に他の例を示す外観模式図である。スリップリング保護板２７ｄは、リアベアリング１１ａ側に円周状の突部２７ｄ１を備えている。これにより、リアベアリング１１ａに直接外部からの異物が侵入するのを防止する。また、スリップリング保護板２７ｄが円周状の突部２７ｄ１を備えることで、グリスの流出をより確実に防止することが可能となる。この円周状の突部２７ｄ１がスリップリング保護板２７ｄの円周状に設置されていることで、円周方向の剛性が増加し、構造強度などの変形に対する耐性を向上する。なお、図７および図８のスリップリング保護板２７ｃ、２７ｄに設けられた円周状の突部２７ｃ１、２７ｄ１は、回転軸１２を中心としている。この２つ突部２７ｃ１、２７ｄ１の直径は、一致している必要はない。２つの突部２７ｃ１、２７ｄ１の直径が異なる場合、曲げに対する構造強度をさらに強くすることが出来る。
【００４２】
また、図８のスリップリング保護板２７ｄに設けられた円周状の突部２７ｄ１の中心と回転軸１２の中心とはずれていてもよい。円周状の突部２７ｄ１の中心と回転軸１２の中心がずれていることで、回転電機１００が動作している間、回転軸１２の回転に合わせて突部２７ｄ１は変心しながら回転する。これにより、リアベアリング１１ａ近傍の雰囲気は、かき回されると共に外部雰囲気との置換が促進される。この結果、リアベアリング１１ａの温度上昇を低減できる。
【００４３】
図９は、スリップリング保護板の更に他の例を示す外観模式図である。スリップリング保護板２７ｅのリアベアリング１１ａ側には、複数の遠心ファン形状の突部２７ｅ１が設けられている。スリップリング保護板２７ｅに複数の遠心ファン形状の突部２７ｅ１を設けることで、グリスの進入を防ぐと共に、リアベアリング１１ａの突部２７ｅ１により巻き起こされた冷却風をリアベアリング１１ａに供給し、温度を低減する。また、リアブラケット１１とリアベアリング１１ａで構成される空間中の雰囲気を流動するように促進するため、この雰囲気と外部雰囲気との置換が積極的に行われる。その結果、リアベアリング１１ａから放出された熱は、回転子１５に固定された遠心ファン１８により発生した冷却風が流れる部分へ排気される。
【００４４】
図１０は、スリップリング保護板の更に他の例を示す外観模式図である。スリップリング保護板２７ｆには、リアベアリング１１ａ側に遠心ファン形状の突部２７ｆ１を有すると共に、突部２７ｆ１の内側にスリップリング保護板２７ｆのリア側とフロント側を通風可能にする貫通穴２７ｆ２が設けられている。これにより、回転子１５が回転した時に、スリップリング保護板２７ｆの近傍の雰囲気は流動が促進される。また、ブラシホルダ２０の内部に取り囲まれた雰囲気も流動が活発化されるため、ブラシ２１の温度上昇の低減やブラシ摩耗粉の排出が促進される。また、この貫通穴２７ｆ２は、リアベアリング１１ａから染み出したグリスがスリップリング１９側に流出しないように、メッシュ状の形状や、直径３ｍｍ以内の大きさの貫通穴２７ｆ２を複数個並べるような構造で設定する。なお、図１１は、図６に示すスリップリング保護板２７ｂに回転センサ１１０を設置したときの近傍の外観模式図である。
【００４５】
実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２に係る回転電機について説明する。図１２は、実施の形態２に係る回転電機に用いられるスリップリング保護板の外観模式図である。なお、その他の構成は実施の形態１と同様であり、図示説明を省略する。
【００４６】
スリップリング保護板１２０は、回転センサ１１０もしくは回転センサ１１０の少なくとも一部を備え、回転センサ１１０には、レゾルバやホールセンサなどのセンサが設置されている。スリップリング保護板１２０が回転センサ１１０もしくは回転センサ１１０の少なくとも一部による位置検出機能を備えることで、回転センサ１１０とスリップリング保護板１２０とを別々に取り付ける場合よりも、製造コストおよびスペースの削減（特に、回転電機の回転軸長手方向の全長の低減）などができる。また、回転センサ１１０をスリップリング保護板１２０に取り付けると、回転軸１２に対する同軸度や垂直度を良好に取り付けることが可能となるため、回転センサ１１０の検出精度や出力の安定性が向上する。なお、スリップリング保護板１２０への回転センサ１１０の取り付けは、スリップリング保護板１２０へ別途取り付けてもよく、一体成形してもよい。
【００４７】
回転センサ１１０としてレゾルバを使用する場合、スリップリング保護板１２０の構成部材を電磁鋼板とする。このとき、スリップリング保護板１２０の外周を取り囲むリアブラケット１１に、レゾルバの回転軸１２に取り付けた部分以外を配置する。これにより、回転電機の回転速度や位置検出が可能になると共に、スリップリング保護板１２０自身がレゾルバの構成部材になるため、新たにレゾルバの一部をスリップリング保護板１２０に固定する場合よりも取り付けスペースと製造コストを低減できる。
【００４８】
回転センサ１１０としてホールセンサを使用する場合、スリップリング保護板１２０に磁性を持つ部材を取り付けてもよく、もしくはスリップリング保護板１２０に磁性を持たせたり、磁性をもつ部材を使用してもよい。そして、スリップリング保護板１２０の外周を取り囲むリアブラケット１１に、センサの受信機能を持つ部分を取り付ける。これにより、回転電機の回転速度や位置検出が可能になると共に、スリップリング保護板１２０自身が回転センサ１１０の構成部材になるため、新たに回転センサ１１０の一部をスリップリング保護板１２０に固定する場合よりも取り付けスペースを低減できる。
【００４９】
以上、この発明の実施の形態について説明したが、これらの実施の形態により発明が限定されるものではなく、その発明の範囲内において、各実施の形態を組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変更、省略することが可能である。
【符号の説明】
【００５０】
１０ フロントブラケット
１０ａ、１０ｂ ベアリング
１１ リアブラケット
１２ 回転軸
１３ 固定子
１３ａ 電機子巻線
１４ 界磁鉄心
１４ａ 界磁巻線
１５ 回転子
１６ プーリー
１７、１８ 遠心ファン
１９ スリップリング
２０ ブラシホルダ
２１ ブラシ
２２ パワー回路部
２２ａ、２２ｂ パワー素子
２３ 界磁回路部
２４ 制御回路部
２５ ヒートシンク
２６ パワー部
２７、２７ａ、２７ｂ、２７ｃ、 スリップリング保護部材
２７ｄ、２７ｅ、２７ｆ、１２０ スリップリング保護部材
２７ｃ１、２７ｄ１、２７ｅ１、２７ｆ１ 突部
２７ｆ２ 貫通穴
３０ クリアランス
１００ 回転電機
１１０ 回転センサ
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えば車両のエンジンに連結されたベルト式回転電機を制御する制御装置を備えた制御装置一体型回転電機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、車両のエンジンに連結されたベルト式回転電機、例えば界磁巻線式の車両用回転電機においては、界磁電流がブラシからスリップリングを介して回転子の界磁巻線へと供給される。この際ブラシは、ブラシ後方に取り付けられたスプリングでスリップリングに押し付けられた状態で摺動する。スリップリングとブラシは、プラス側とマイナス側で一組ずつ設置されている。これらのブラシとスリップリングは、一般にプラス側とマイナス側との間の電気絶縁性を確保するために、それぞれ絶縁性のモールド樹脂等で覆われて保持されている。
【０００３】
このブラシとスリップリングとの摺接部に異物が進入すると、ブラシもしくはスリップリングの摩耗が異常に進む状態である異常摩耗状態になる場合がある。そこで、ブラシが収納されているブラシホルダとスリップリングのモールド樹脂との間には、外部からの異物や水分の進入を防止する構造が設けられている。
【０００４】
しかしながら、モータジェネレータのような車両用制御装置一体型回転電機は、オルタネータなどの回転電機と比較して、同等の出力電流を発電したときの回転電機自身の温度上昇が大きく、ベアリングの温度が上昇しやすいと共に、エンジン始動モードを備えるためにベルト張力が大きく、ベアリングが受ける負荷が大きくなる。このため、回転軸をハウジングに固定するベアリングからグリスが染み出す場合があり、この染み出したグリスがブラシとスリップリングとの摺接部へ進入することが懸念される。
【０００５】
また、スリップリングとベアリングは、共に回転軸に固定されて隣り合って配置される場合が多い。この場合、スリップリング、ブラシ、ベアリングは、外部からの異物が進入しないように設けられた連通した半閉鎖空間に取付けられる。このため、ベアリングから染み出したグリスは、容易にスリップリングとブラシとの摺接部に進入することができる状態となる。
【０００６】
このグリスは、ブラシホルダ外部からの異物と同様に、スリップリングとブラシとの摺接部に入り込むと異常摩耗の原因となる。その結果、スリップリングとブラシの異常摩耗の発生を防止することが難しく、異常摩耗が発生した場合には想定されている寿命よりもはるかに早い段階でブラシもしくはスリップリングの摩耗量が限界値を迎え、回転電機が発電不能になる故障の原因となる。
【０００７】
例えば、特開２００２−１５９１５９公報（特許文献１）に開示された車両用交流発電機においては、回転子のリヤ側端面に通常の冷却ファンと第２の冷却ファンが設けられ、この第２の冷却ファンによりベアリング収容部周辺に冷却風を導いて軸受けの温度を低減できる構造がとられている。
【０００８】
また、特開２００７−０７４８５４公報（特許文献２）に開示された車両用回転電機においては、スリップリングの周囲空間を覆うブラシホルダのスリンガ部に通風路を形成し、冷却空気が回転電機の内部を流れる時に生じるスリンガ部内外の差圧を利用してスリンガ内に冷却空気を流入させ、スリップリング、ブラシ、およびこれに近接して配置される軸受の温度上昇を抑える構造がとられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００２−１５９１５９号公報
【特許文献２】特開２００７−０７４８５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上記特許文献１あるいは特許文献２に開示された車両用回転電機は、ベアリングのグリスが流出する原因となるベアリングの温度上昇を抑制する効果により、ベアリングからのグリスの流出量防止に一定の効果あると思われる。しかし、ベルトの張力が大きい制御装置一体型回転電機などでは、特許文献１あるいは特許文献２に開示されているように、ベアリングの温度を低減する方式のみで、ベアリングからのグリスの染み出しを防止することは困難である。このため、ベアリングからグリスが染み出した場合、スリップリングとブラシとの摺接部への流入を防止することができず、ブラシおよびスリップリングの異常摩耗の発生を防止できないという問題がある。
【００１１】
この発明は、上記のような従来の課題を解消するためになされたもので、ベアリングからグリスが染み出した場合でも、スリップリングとブラシとの摺接部にグリスが流れ込むのを防止し、スリップリングもしくはブラシの異常摩耗の発生を防止する制御装置一体型回転電機を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この発明に係る制御装置一体型回転電機は、ハウジングに回転自在に支持された回転軸と、上記回転軸を上記ハウジングのリア側で固定するリアベアリングとフロント側で固定するフロントベアリングと、上記回転軸に固定されると共に界磁鉄心及び界磁巻線を有する回転子と、上記回転軸のリア側に装着されると共に、上記界磁巻線に界磁電流を供給するスリップリングと、上記スリップリングを介して上記界磁巻線に界磁電流を供給するブラシと、上記ブラシを保持すると共に、上記ブラシに界磁電流を供給するブラシホルダと、を備えた制御装置一体型回転電機において、上記回転軸のリア側に、軸端から上記スリップリング、上記リアベアリングの順に配置すると共に、上記スリップリングと上記リアベアリングとの間に回転センサを配置し、上記スリップリングと上記ブラシとの摺接部と上記リアベアリングとの間に、上記回転軸と同期して回転すると共に、上記回転軸に垂直な方向に最大面積になるように円盤状のスリップリング保護部材を設置したものである。
【発明の効果】
【００１３】
この発明に係る制御装置一体型回転電機は、上記の構成を採用することにより、ベアリングからグリスが染み出した場合でも、スリップリング保護部材がスリップリングへのグリス流入に対する防護壁として作用し、スリップリングとブラシとの摺接部にグリスが流れ込むのを防止できる。従って、スリップリングもしくはブラシの異常摩耗の発生を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】この発明の実施の形態１に係る制御装置一体型回転電機の断面図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係る制御装置一体型回転電機の回路図である。
【図３】従来の車両用回転電機のスリップリング近傍の断面図である。
【図４】この発明の実施の形態１に係る制御装置一体型回転電機に用いられるスリップリング保護板の一例を示す外観模式図である。
【図５】この発明の実施の形態１に係る制御装置一体型回転電機に用いられるスリップリング保護板の他の例を示す外観模式図である。
【図６】この発明の実施の形態１に係る制御装置一体型回転電機に用いられるスリップリング保護板の更に他の例を示す外観模式図である。
【図７】この発明の実施の形態１に係る制御装置一体型回転電機に用いられるスリップリング保護板の更に他の例を示す外観模式図である。
【図８】この発明の実施の形態１に係る制御装置一体型回転電機に用いられるスリップリング保護板の更に他の例を示す外観模式図である。
【図９】この発明の実施の形態１に係る回転電機に用いられるスリップリング保護板の更に他の例を示す外観模式図である。
【図１０】この発明の実施の形態１に係る回転電機に用いられるスリップリング保護板の更に他の例を示す外観模式図である。
【図１１】図６に示すスリップリング保護板に回転センサを設置したときの近傍の外観模式図である。
【図１２】この発明の実施の形態２に係る回転電機に用いられるスリップリング保護板の外観模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、この発明に係る制御装置一体型回転電機の好適な実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１６】
実施の形態１．
この発明の実施の形態１に係る制御装置一体型回転電機を図１および図２に基づいて説明する。図１は、実施の形態１に係る制御装置一体型回転電機の断面図で、図２は、その回路図である。この実施の形態１で説明する制御装置一体型回転電機は、車両用の交流発電電動機（モータジェネレータ）を示しているが、他の制御装置一体型回転電機でも適用可能である。
【００１７】
図１および図２において、制御装置一体型回転電機（以下、回転電機という。）１００は、ハウジングとしてのフロントブラケット１０およびリアブラケット１１と、フロントブラケット１０のベアリング１０ａ、およびリアブラケット１１のベアリング１１ａを介して回転自在に支持される回転軸１２と、フロントブラケット１０およびリアブラケット１１に固定されると共に、電機子巻線１３ａを有する固定子１３と、回転軸１２に固定されると共に、界磁鉄心１４および界磁巻線１４ａを有する回転子１５と、回転軸１２のフロント側の端部に固着されるプーリー１６とを備えている。そして、回転電機１００は、プーリー１６に掛けられたベルト（図示せず）を介してエンジンの回転軸（図示せず）に連結されている。また、回転電機１００の駆動の際の発熱により、回転子１５や固定子１３の温度が上昇するため、回転子１５の軸方向両端面には冷却用の遠心ファン１７、１８が設けられている。
【００１８】
また、回転電機１００は、回転軸１２のリア側に装着された一対のスリップリング１９と、回転軸１２のリア側外周に位置するようにリアブラケット１１に取り付けられたブラシホルダ２０と、上記一対のスリップリング１９に摺接するようにブラシホルダ２０内に配置された一対のブラシ２１を備えている。
【００１９】
さらに、回転電機１００は、図２に示すように、直流電力を交流電力、又は交流電力を直流電力に変換するパワー回路部２２と、回転子１５の界磁巻線１４ａに界磁電流を供給する界磁回路部２３と、パワー回路部２２および界磁回路部２３を制御する制御回路部２４を備え、外部接続用コネクタおよび電源端子（図示せず）を介して外部に接続される。
【００２０】
パワー回路部２２は、複数のパワー素子２２ａ、２２ｂと、このパワー素子２２ａ、２２ｂに電気的に接続される電極部材を兼ねるヒートシンク２５（図１参照）を備えている。各パワー素子２２ａ、２２ｂ間の接続は、モールド樹脂にインサート成形された導電性部材（図示せず）と、ヒートシンク２５によって行われ、中継配線部材（図示せず）により制御回路部２４に電気的に接続される。
【００２１】
ここで、制御回路部２４は、制御回路基板（図示せず）と、この制御回路基板を収納する樹脂製のケース（図示せず）を備えている。この樹脂製のケースは、防水カバー（図示せず）等により制御回路基板への塩泥水の浸入を防ぐような構造を有している。界磁回路部２３は、上記の制御回路基板と同一基板上に実装することも可能であり、あるいは制御回路基板と分離して構成してもよい。また、図２に示すように、パワー回路部２２、界磁回路部２３、および制御回路部２４によりパワー部２６が構成されている。なお、上記外部接続用コネクタは、制御回路部２４の近傍に配設され、制御回路部２４と電気的に接続されている。
【００２２】
前述のように、パワー回路部２２を構成するパワー素子２２ａ、２２ｂは、通電時に発熱をともなうため、パワー回路部２２にはパワー素子２２ａ、２２ｂの放熱用のヒートシンク２５が設置されている。このヒートシンク２５は、パワー素子２２ａ、２２ｂの過度の温度上昇を防止するように多数のフィンが設けられている。特にモータジェネレータなどでは、内部に発電電流の整流機能およびインバータ機能を併せ持つパワー回路部２２を備える。パワー回路部２２を構成するパワー素子２２ａ、２２ｂは、ＭＯＳ−ＦＥＴなどのスイッチング可能なパワー半導体を使用し、配線部材もしくは放熱部材などと一括にトランスファー成形されたものや、樹脂性のケースもしくは囲いに覆われシリコーンゲルなどでポッティングされたパワーモジュールとなっている。このパワーモジュールには、ヒートシンク２５が接続されており、通電時にパワー素子２２ａ、２２ｂで生じた発熱を冷却空気に放出する機能を有している。
【００２３】
また、回転電機１００において、界磁回路部２３からの界磁電流は、ブラシホルダ２０に保持されたブラシ２１と回転軸１２に取り付けられたスリップリング１９を介して供給される。ブラシ２１は、スリップリング１９と摺動するようにスプリング（図示せず）で加圧されており、回転電機動作時には両者の摩擦により摺接面で発熱が生じる。また、この摺動部では、ブラシ２１とスリップリング１９は接触状態で保持されるため、接触部の電気抵抗に起因した発熱も生じる。さらに、通電にともなう各部材中のジュール発熱も同時に生じる。
【００２４】
スリップリング１９の近傍には、回転軸１２を固定するリアベアリング１１ａが備えられており、このリアベアリング１１ａは、回転軸１２をフロントブラケット１０、リアブラケット１１に固定する２つのベアリングの中で、スリップリング１９に近い側のベアリングである。リアベアリング１１ａは、回転軸１２とリアブラケット１１の両方に接するが、回転軸１２はリアブラケット１１と接することが無いように配置されるため、回転軸１２とリアブラケット１１との間にはクリアランスが生じる。
【００２５】
従来の回転電機の場合、このクリアランスとスリップリング１９を取り囲むブラシホルダ２０内部の空間は、少なくとも一部分が繋がった状態で設けられている。この結果、リアベアリング１１ａから染み出したグリスがスリップリング１９とブラシ２１との摺接部に流れ込み、異常摩耗が生じる原因となる場合がある。
【００２６】
また、モータジェネレータなどの制御装置一体型回転電機では、動作モードが連続発電モードに加えて、始動モードや回生発電モードなどを備える。特に始動モードを備える車両用回転電機の場合、エンジンの始動に必要な大きな回転トルクを、ベルトを介してエンジンに伝える必要があるため、ベルト張力がオルタネータなどと比較して大きくなる。また、発電モードでもオルタネータと比較して、同等の出力電流を発電した場合には、回転電機の発熱量が大きくなるため、構成部材の温度が高くなる。この結果、制御装置一体型回転電機では、ベアリングのグリスが染み出すことが懸念され、このグリスがスリップリング１９とブラシ２１との摺接部に進入した場合には異常摩耗が発生する原因になる。
【００２７】
そこで、実施の形態１では後述するように、回転軸１２のリア側に、軸端からスリップリング１９、回転センサ、リアベアリング１１ａの順に回転電機構成部材が配置される。そして、スリップリング１９とブラシ２１との摺接部とリアベアリング１１ａとの間に、回転軸１２に固定され回転軸１２に垂直になるように円盤状のスリップリング保護部材（以下、スリップリング保護板という。）２７を設けている。これにより、リアベアリング１１ａからグリスが染み出した場合でも、染み出したグリスがスリップリング１９とブラシ２１との摺接部に付着しないようにしている。
【００２８】
ここで、実施の形態１に係る回転電機をより理解し易くするために、従来の回転電機を図面により説明する。
図３は、従来の車両用回転電機のスリップリング近傍の断面図である。スリップリング１９は回転軸１２に固定されており、回転軸１２は２つのベアリングを介してフロントブラケットとリアブラケット１１に固定されている。スリップリング１９の近くに設置されたリアベアリング１１ａは、回転軸１２に固定された状態でリアブラケット１１に差し込まれることで、回転軸１２を回転自在に固定する。このとき、回転軸１２とリアブラケット１１が接する状態にあると回転抵抗が大きくなるため、２つの部材の間にはクリアランス３０を設ける。このクリアランス３０とスリップリング１９を取り囲むブラシホルダ２０の内部の空間は、少なくとも一部分が繋がった状態で設けられている。この結果、リアベアリング１１ａから染み出したグリスは、容易にスリップリング１９が設置された部分に流れ込むことができる。このグリスがスリップリング１９とブラシ２１との摺接部に付着すると、スリップリング１９やブラシ２１の異常摩耗を引き起こす原因となる。
【００２９】
この構造では、ブラシホルダ２０、リアブラケット１１、リアベアリング１１ａで囲われた空間は、外気と半遮断状態になる。この空間の内部に配置されたブラシ２１とスリップリング１９との摺接部や、リアベアリング１１ａなどは回転電機の動作時に発熱をともなうため、外気と半遮断状態になる空間内部で、リアベアリング１１ａ、ブラシ２１、スリップリング１９で発生した熱が蓄積され、温度上昇が大きくなるという問題がある。
【００３０】
そこで実施の形態１に係る回転電機では、図１に示すように、回転軸１２のリア側に軸端からスリップリング１９、回転センサ（図示せず）、リアベアリング１１ａの順に回転電機構成部材が配置され、スリップリング１９とリアベアリング１１ａの間には、回転軸１２に固定されたスリップリング保護板２７を設ける。この構成による回転電機１００は、回転軸１２を固定するリアベアリング１１ａの近くに回転センサを配置することで、回転センサの検出精度を良好にすることができる。
【００３１】
また、回転軸１２のスリップリング１９が取付けられた部分は、回転電機１００のハウジングの外部に突出するように設けられているため、回転電機１００の動作時に回転子１２に固定された遠心ファン１８により生じる冷却風が、ブラシホルダ２０のブラシ収納部付近に効率よく供給され、ブラシ２１の温度上昇を低減できる。
【００３２】
更に、スリップリング保護板２７がスリップリング１９とリアベアリング１１ａの間にあることにより、リアベアリング１１ａでグリスが染み出した場合でもスリップリング１９の設置部分に流れ込むことを防止する。スリップリング保護板２７の位置は、回転センサのリア側でもフロント側でも良い。ここで、スリップリング保護板２７が、回転センサのフロント側に配置される場合、フロントベアリング１０ａから流出したグリスは、回転センサに付着することが無く、グリスが付着することによる回転センサの誤動作も防止できる。
【００３３】
また、スリップリング保護板２７は、リアブラケット１１およびブラシホルダ２０との間に一定のクリアランスを有する。これにより、外気と空気が出入り可能となり、外部への熱の排出が促進されリアベアリング１１ａの温度上昇が低減される結果、グリスの染み出し量も少なくなり、さらに異常摩耗の発生を防止する効果が向上する。また、スリップリング１９とブラシ２１との摺接部にも冷却風が流入することで、これらの部材の温度上昇が低減され、部材の摩耗速度が小さくなる。
【００３４】
図４は、実施の形態１に係る回転電機に用いられるスリップリング保護板の一例を示す外観模式図である。スリップリング保護板２７は、回転軸１２に固定され、回転軸１２の長手方向に垂直に最大面を持つように設置されている。図４は、図１に示すスリップリング１９に一体成形された場合のスリップリング保護板２７の形状である。なお、スリップリング１９の詳細形状は省略されている。このスリップリング保護板２７により、スリップリング保護板２７よりもフロント側に設置されたリアベアリング１１ａから染み出したグリスが、スリップリング保護板２７よりもリア側に設置されたスリップリング１９に進入することを防止できる。また、スリップリング保護板２７がスリップリング１９と一体成形されていることで、回転軸１２への取り付け強度を高くできる。
【００３５】
また、スリップリング保護板２７は回転軸１２に固定されるため、回転電機１００の動作時には、回転軸１２と同じ回転数で回転する。このとき、スリップリング保護板２７の回転軸１２に対する垂直度が低い場合には振れが生じ、騒音の発生やスリップリング保護板２７自身の信頼性が低下するなどの問題が生じる。しかしながら、スリップリング保護板２７がスリップリング１９に一体成形されている場合、回転軸１２に垂直度良く設置できるため、上記のような問題も回避できる。
【００３６】
スリップリング保護板２７をスリップリング１９とは別の部材で構成し、回転軸１２にかしめやスナップフィットなどの取り付け部材で取り付けてもよい。この場合は、回転電機１００を組み立てる際、回転軸１２にスリップリング１９を固定した後に、リアベアリング１１ａの内周にスリップリング１９を通す場合は、スリップリング保護板２７を別部材で構成し、取り付ける方法をとることで回転電機１００が組立て可能となる。また、スリップリング保護板２７をスリップリング１９などと別部材で構成することで、成形が容易となり、形状の自由度が向上し製造コストが低減する。スリップリング保護板２７がスリップリング１９と一体成形されている場合と別部材で構成されている場合の両者において、スリップリング保護板２７は、スリップリング構成樹脂、スリップリング構成樹脂以外の樹脂、もしくは金属で構成されている。
【００３７】
また、図５は、スリップリング保護板の他の例を示す外観模式図である。図５（ａ）に示すように、スリップリング保護板２７ａは、スリップリング１９と一体に成形された第１のスリップリング保護板２７ａ１と、これに固定される第２のスリップリング保護板２７ａ２の２つの部材で構成されている。このように、第１のスリップリング保護板２７ａ１をスリップリング１９と一体成形することで固定強度を高く保つと共に、回転軸１２に対する高い直角度を得ることができる。そして、図５（ｂ）に示すように、第２のスリップリング保護板２７ａ２を第１のスリップリング保護板２７ａ１に取り付けるように設置することで、スリップリング保護板２７ａの外径をより大きくできると共に、別部材として成形するため複雑な形状を低コストに作り込むことが可能となる。
【００３８】
第１のスリップリング保護板２７ａ１と第２のスリップリング保護板２７ａ２の取り付けは、かしめもしくはスナップフィットなどの取り付け部材で行う。これにより、新たに接着材などの結合部材を設ける必要が無く、製造コストを低減できる。また、構造上スリップリング１９を回転軸１２に取り付けたあとに、リアベアリング１１ａをスリップリング１９の外側を通して取り付ける場合は、スリップリング１９に一体成形されている部材の外形がリアベアリング１１ａの内径よりも小さくする必要がある。図５に示す形態をとることで、第１のスリップリング保護板２７ａ１をリアベアリング１１ａの内径よりも小さくし、リアベアリング１１ａを通した後に第２のスリップリング保護板２７ａ２を固定することで、回転電機１００が組み立て可能であると共に、高いグリスの流入を防止する効果を期待できる直径の大きいスリップリング保護板２７ａを設置可能である。
【００３９】
図６は、スリップリング保護板の更に他の例を示す外観模式図である。スリップリング保護板２７ｂは、リアブラケット１１とブラシホルダ２０との間に一定のクリアランスを有して設置され、外気と空気が出入り可能に構成されている。これにより、スリップリング１９とブラシ２１（図１参照）との摺接部にグリスが付着することを防止すると同時に、スリップリング１９とブラシ２１との摺接部およびリアベアリング１１ａに冷却風が流れ、それぞれの部分の温度上昇を低減できる。また、リアベアリング１１ａから染み出したグリスがスリップリング保護板２７ｂに付着した場合、回転電機１００が動作中であれば、グリスに作用する遠心力により外部に排出される。この結果、リアブラケット１１とスリップリング保護板２７ｂとの間のクリアランスがグリスで詰まることがなく冷却性の悪化も生じない。
【００４０】
図７は、スリップリング保護板の更に他の例を示す外観模式図である。スリップリング保護板２７ｃは、回転軸１２のブラシホルダ２０側（図１参照）に円周状の突部２７ｃ１を設け、ブラシホルダ２０に設けられた窪みと、互いの隙間が小さい状態で組み合わされることで、ラビリンス構造を形成している。スリップリング保護板２７ｃとブラシホルダ２０の一部がラビリング構造を形成することにより、ブラシ２１とスリップリング１９との摺接部近傍への外部からの異物の進入を防止できる。また、ブラシ２１とスリップリング１９との摺接部で発生したブラシ摩耗粉をラビリンス構造の隙間から排出することも可能となる。また、ラビリンス構造の隙間から雰囲気の空気は出入り可能となって、スリップリング１９の近傍生じた熱は外部へ排出しやすくなり、摺接部の温度上昇を低減できる。また、スリップリング保護板２７ｃに円周状の突部２７ｃ１を設けることで、円周方向の剛性が増加し、構造強度などの変形に対する耐性を向上する。
【００４１】
図８は、スリップリング保護板の更に他の例を示す外観模式図である。スリップリング保護板２７ｄは、リアベアリング１１ａ側に円周状の突部２７ｄ１を備えている。これにより、リアベアリング１１ａに直接外部からの異物が侵入するのを防止する。また、スリップリング保護板２７ｄが円周状の突部２７ｄ１を備えることで、グリスの流出をより確実に防止することが可能となる。この円周状の突部２７ｄ１がスリップリング保護板２７ｄの円周状に設置されていることで、円周方向の剛性が増加し、構造強度などの変形に対する耐性を向上する。なお、図７および図８のスリップリング保護板２７ｃ、２７ｄに設けられた円周状の突部２７ｃ１、２７ｄ１は、回転軸１２を中心としている。この２つ突部２７ｃ１、２７ｄ１の直径は、一致している必要はない。２つの突部２７ｃ１、２７ｄ１の直径が異なる場合、曲げに対する構造強度をさらに強くすることが出来る。
【００４２】
また、図８のスリップリング保護板２７ｄに設けられた円周状の突部２７ｄ１の中心と回転軸１２の中心とはずれていてもよい。円周状の突部２７ｄ１の中心と回転軸１２の中心がずれていることで、回転電機１００が動作している間、回転軸１２の回転に合わせて突部２７ｄ１は変心しながら回転する。これにより、リアベアリング１１ａ近傍の雰囲気は、かき回されると共に外部雰囲気との置換が促進される。この結果、リアベアリング１１ａの温度上昇を低減できる。
【００４３】
図９は、スリップリング保護板の更に他の例を示す外観模式図である。スリップリング保護板２７ｅのリアベアリング１１ａ側には、複数の遠心ファン形状の突部２７ｅ１が設けられている。スリップリング保護板２７ｅに複数の遠心ファン形状の突部２７ｅ１を設けることで、グリスの進入を防ぐと共に、リアベアリング１１ａの突部２７ｅ１により巻き起こされた冷却風をリアベアリング１１ａに供給し、温度を低減する。また、リアブラケット１１とリアベアリング１１ａで構成される空間中の雰囲気を流動するように促進するため、この雰囲気と外部雰囲気との置換が積極的に行われる。その結果、リアベアリング１１ａから放出された熱は、回転子１５に固定された遠心ファン１８により発生した冷却風が流れる部分へ排気される。
【００４４】
図１０は、スリップリング保護板の更に他の例を示す外観模式図である。スリップリング保護板２７ｆには、リアベアリング１１ａ側に遠心ファン形状の突部２７ｆ１を有すると共に、突部２７ｆ１の内側にスリップリング保護板２７ｆのリア側とフロント側を通風可能にする貫通穴２７ｆ２が設けられている。これにより、回転子１５が回転した時に、スリップリング保護板２７ｆの近傍の雰囲気は流動が促進される。また、ブラシホルダ２０の内部に取り囲まれた雰囲気も流動が活発化されるため、ブラシ２１の温度上昇の低減やブラシ摩耗粉の排出が促進される。また、この貫通穴２７ｆ２は、リアベアリング１１ａから染み出したグリスがスリップリング１９側に流出しないように、メッシュ状の形状や、直径３ｍｍ以内の大きさの貫通穴２７ｆ２を複数個並べるような構造で設定する。なお、図１１は、図６に示すスリップリング保護板２７ｂに回転センサ１１０を設置したときの近傍の外観模式図である。
【００４５】
実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２に係る回転電機について説明する。図１２は、実施の形態２に係る回転電機に用いられるスリップリング保護板の外観模式図である。なお、その他の構成は実施の形態１と同様であり、図示説明を省略する。
【００４６】
スリップリング保護板１２０は、回転センサ１１０もしくは回転センサ１１０の少なくとも一部を備え、回転センサ１１０には、レゾルバやホールセンサなどのセンサが設置されている。スリップリング保護板１２０が回転センサ１１０もしくは回転センサ１１０の少なくとも一部による位置検出機能を備えることで、回転センサ１１０とスリップリング保護板１２０とを別々に取り付ける場合よりも、製造コストおよびスペースの削減（特に、回転電機の回転軸長手方向の全長の低減）などができる。また、回転センサ１１０をスリップリング保護板１２０に取り付けると、回転軸１２に対する同軸度や垂直度を良好に取り付けることが可能となるため、回転センサ１１０の検出精度や出力の安定性が向上する。なお、スリップリング保護板１２０への回転センサ１１０の取り付けは、スリップリング保護板１２０へ別途取り付けてもよく、一体成形してもよい。
【００４７】
回転センサ１１０としてレゾルバを使用する場合、スリップリング保護板１２０の構成部材を電磁鋼板とする。このとき、スリップリング保護板１２０の外周を取り囲むリアブラケット１１に、レゾルバの回転軸１２に取り付けた部分以外を配置する。これにより、回転電機の回転速度や位置検出が可能になると共に、スリップリング保護板１２０自身がレゾルバの構成部材になるため、新たにレゾルバの一部をスリップリング保護板１２０に固定する場合よりも取り付けスペースと製造コストを低減できる。
【００４８】
回転センサ１１０としてホールセンサを使用する場合、スリップリング保護板１２０に磁性を持つ部材を取り付けてもよく、もしくはスリップリング保護板１２０に磁性を持たせたり、磁性をもつ部材を使用してもよい。そして、スリップリング保護板１２０の外周を取り囲むリアブラケット１１に、センサの受信機能を持つ部分を取り付ける。これにより、回転電機の回転速度や位置検出が可能になると共に、スリップリング保護板１２０自身が回転センサ１１０の構成部材になるため、新たに回転センサ１１０の一部をスリップリング保護板１２０に固定する場合よりも取り付けスペースを低減できる。
【００４９】
以上、この発明の実施の形態について説明したが、これらの実施の形態により発明が限定されるものではなく、その発明の範囲内において、各実施の形態を組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変更、省略することが可能である。
【符号の説明】
【００５０】
１０ フロントブラケット
１０ａ、１０ｂ ベアリング
１１ リアブラケット
１２ 回転軸
１３ 固定子
１３ａ 電機子巻線
１４ 界磁鉄心
１４ａ 界磁巻線
１５ 回転子
１６ プーリー
１７、１８ 遠心ファン
１９ スリップリング
２０ ブラシホルダ
２１ ブラシ
２２ パワー回路部
２２ａ、２２ｂ パワー素子
２３ 界磁回路部
２４ 制御回路部
２５ ヒートシンク
２６ パワー部
２７、２７ａ、２７ｂ、２７ｃ、 スリップリング保護部材
２７ｄ、２７ｅ、２７ｆ、１２０ スリップリング保護部材
２７ｃ１、２７ｄ１、２７ｅ１、２７ｆ１ 突部
２７ｆ２ 貫通穴
３０ クリアランス
１００ 回転電機
１１０ 回転センサ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジングに回転自在に支持された回転軸と、
上記回転軸を上記ハウジングのリア側で固定するリアベアリングとフロント側で固定するフロントベアリングと、
上記回転軸に固定されると共に界磁鉄心及び界磁巻線を有する回転子と、
上記回転軸のリア側に装着されると共に、上記界磁巻線に界磁電流を供給するスリップリングと、
上記スリップリングを介して上記界磁巻線に界磁電流を供給するブラシと、
上記ブラシを保持すると共に、上記ブラシに界磁電流を供給するブラシホルダと、を備えた制御装置一体型回転電機において、
上記回転軸のリア側に、軸端から上記スリップリング、上記リアベアリングの順に配置すると共に、上記スリップリングと上記リアベアリングとの間に回転センサを配置し、
上記スリップリングと上記ブラシとの摺接部と上記リアベアリングとの間に、上記回転軸と同期して回転すると共に、上記回転軸に垂直な方向に最大面積になるように円盤状のスリップリング保護部材を設置したことを特徴とする制御装置一体型回転電機。
【請求項２】
上記スリップリング保護部材は、スリップリング構成樹脂もしくはスリップリング構成樹脂とは異なる樹脂、もしくは金属から構成され、上記スリップリングと一体に成形されるか、取り付け部材で上記回転軸に固定されることを特徴とする請求項１に記載の制御装置一体型回転電機。
【請求項３】
上記スリップリング保護部材は、上記スリップリングと一体に成形された第１のスリップリング保護部材と、上記第１のスリップリング保護部材に固定される第２のスリップリング保護部材で構成されることを特徴とする請求項１又は２に記載の制御装置一体型回転電機。
【請求項４】
上記スリップリング保護部材は、上記回転軸に対して垂直な面の上記スリップリング側の面に円周状の突部を備え、上記ブラシホルダに形成された窪みとの組み合わせによりラビリンス構造を形成することを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の制御装置一体型回転電機。
【請求項５】
上記スリップリング保護部材は、上記回転軸に対して垂直な面のリアベアリング側に円周状態の突起を備えることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の制御装置一体型回転電機。
【請求項６】
上記スリップリング保護部材の上記リアベアリング側にファン形状の突起を備えると共に、上記スリップリング保護部材のリア側とフロント側とを通風可能とする貫通穴を備えることを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載の制御装置一体型回転電機。
【請求項７】
上記スリップリング保護部材は、少なくとも一部分に回転センサもしくは回転センサの少なくとも一部を備えることを特徴とする請求項１〜６の何れか一項に記載の制御装置一体型回転電機。
【請求項１】
ハウジングに回転自在に支持された回転軸と、
上記回転軸を上記ハウジングのリア側で固定するリアベアリングとフロント側で固定するフロントベアリングと、
上記回転軸に固定されると共に界磁鉄心及び界磁巻線を有する回転子と、
上記回転軸のリア側に装着されると共に、上記界磁巻線に界磁電流を供給するスリップリングと、
上記スリップリングを介して上記界磁巻線に界磁電流を供給するブラシと、
上記ブラシを保持すると共に、上記ブラシに界磁電流を供給するブラシホルダと、を備えた制御装置一体型回転電機において、
上記回転軸のリア側に、軸端から上記スリップリング、上記リアベアリングの順に配置すると共に、上記スリップリングと上記リアベアリングとの間に回転センサを配置し、
上記スリップリングと上記ブラシとの摺接部と上記リアベアリングとの間に、上記回転軸と同期して回転すると共に、上記回転軸に垂直な方向に最大面積になるように円盤状のスリップリング保護部材を設置したことを特徴とする制御装置一体型回転電機。
【請求項２】
上記スリップリング保護部材は、スリップリング構成樹脂もしくはスリップリング構成樹脂とは異なる樹脂、もしくは金属から構成され、上記スリップリングと一体に成形されるか、取り付け部材で上記回転軸に固定されることを特徴とする請求項１に記載の制御装置一体型回転電機。
【請求項３】
上記スリップリング保護部材は、上記スリップリングと一体に成形された第１のスリップリング保護部材と、上記第１のスリップリング保護部材に固定される第２のスリップリング保護部材で構成されることを特徴とする請求項１又は２に記載の制御装置一体型回転電機。
【請求項４】
上記スリップリング保護部材は、上記回転軸に対して垂直な面の上記スリップリング側の面に円周状の突部を備え、上記ブラシホルダに形成された窪みとの組み合わせによりラビリンス構造を形成することを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の制御装置一体型回転電機。
【請求項５】
上記スリップリング保護部材は、上記回転軸に対して垂直な面のリアベアリング側に円周状態の突起を備えることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の制御装置一体型回転電機。
【請求項６】
上記スリップリング保護部材の上記リアベアリング側にファン形状の突起を備えると共に、上記スリップリング保護部材のリア側とフロント側とを通風可能とする貫通穴を備えることを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載の制御装置一体型回転電機。
【請求項７】
上記スリップリング保護部材は、少なくとも一部分に回転センサもしくは回転センサの少なくとも一部を備えることを特徴とする請求項１〜６の何れか一項に記載の制御装置一体型回転電機。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１３−１０６３６１（Ｐ２０１３−１０６３６１Ａ）
【公開日】平成２５年５月３０日（２０１３．５．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２４６２２８（Ｐ２０１１−２４６２２８）
【出願日】平成２３年１１月１０日（２０１１．１１．１０）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月３０日（２０１３．５．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月１０日（２０１１．１１．１０）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
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