JP3668661B2 - 車両用交流発電機 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、車両に搭載されて使用される交流発電機に関わるもので、特に、固定子コイル口出導体の端末処理に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
車両に搭載される発電機には通常ランドル型の回転子を持つ三相の交流発電機が使用される。このような交流発電機は、例えば特開平４ー１６８９５２号公報にその構成が開示されているように、固定子側には固定子コアに三相の固定子コイルが巻挿され、固定子コイルは口出導体を有しており、口出導体の端末には金属端子が取り付けられてブラケットに設けられた三相全波の整流器に接続固定されている。固定子コイルには例えばポリアミドイミド電線など、高耐熱性の絶縁皮膜を有する銅線が使用され、口出導体はこの銅線（単芯銅線）が固定子コイルから延長されて設けられ、金属端子は銅系の金属により形成されて口出導体には半田付けや、カシメと半田付けとの併用や、ヒュージングなどにより接合され、整流器にはネジなどにより固定される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
車両用交流発電機は車両のエンジンルーム内のエンジンフレームに取り付けられるものであり、雰囲気温度が高く、加わる振動も大である。特に固定子コイルの温度は高負荷時には雰囲気温度の高さも加わって高耐熱性の絶縁皮膜の耐熱限界である二百度余にまで温度が上昇し、固定子コイルの口出導体と金属端子との接合に上記のような半田付けを使用した場合には熱劣化が進み、接合部の接合抵抗が増大してついには断線に至ることがあり、このためにＰｂ成分の高い高温半田を使用せざるを得ないが、Ｐｂ成分の高い高温半田は作業環境を悪化させ、また作業性が極めて悪いために信頼性を低下させるという問題があった。
【０００４】
また、ヒュージングによる接合は、圧力を印可して溶着するものであるから接合部の形状が安定せず、使用中に振動による疲労破断が生じやすいという欠陥を有し、接合部をカシメ固定のみに依存するときには強度、電気伝導共に不安定となるものであった。さらに、これらに替わる手法として口出導体の銅線と金属端子とを溶接することが考えられたが、この場合には、溶接温度による銅線の硬化や割れが発生すると共に、金属端子や口出導体に含まれる酸化物の還元に伴う水蒸気の発生により粒界割れが生じて溶融導体内部にブローホールが生じ、耐振性の低下や、接合部の電気抵抗の増大を招くなど、いずれも信頼性に大きく影響するものであった。
【０００５】
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、固定子コイルの口出導体端末の接合部が温度や振動に対して劣化することのない信頼性に優れた車両用交流発電機を得ることを目的とするものである。
【０００６】
【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は、固定子コアとこの固定子コアに巻挿され口出導体を有する多相の固定子コイルとからなる固定子と、磁極を形成する回転子コアが回転軸に固定された回転子と、固定子を保持すると共に回転子を回転自在に支承するフロントブラケットとリヤブラケットと、このリヤブラケットに取り付けられ、固定子コイルの口出導体に接合された金属端子が接続される整流器とを備え、口出導体と金属端子との接合が、口出導体の端部を金属端子に設けられた接合片が両側より抱き込む状態にてカシメ固定によってなされ、かつ、このカシメ時の加圧力を口出導体の断面積の残存率が初期値の７０〜８０％になるように設定するとともに、両側より抱き込んだ接合片間がアーク溶接にて接合固定されるようにしたものである。
【０００７】
また、接合片間の溶接固定が、接合片間の長さ方向の一部においてなされるようにしたものである。
さらに、接合片間の溶接固定が、口出導体の一部を含めて溶接されるようにしたものである。
さらにまた、接合片の口出導体先端側に、カシメ固定された状態にて口出導体が一部露出するような切り欠きが設けられ、この切り欠きの近辺にて接合片間が溶接固定されるように構成したものである。
【０００８】
さらに、口出導体と金属端子との少なくとも一方に無酸化銅が使用されるようにしたものである。
さらにまた、金属端子が口出導体より硬質の材料により形成されるようにしたものである。
また、溶接による接合固定部に半田コーティングが施されるようにしたものである。
さらに、金属端子の接合片によりカシメ固定される口出導体が、複数の口出導体から構成されるようにしたものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１ないし図５は、この発明の実施の形態１の車両用交流発電機を説明するためのもので、図１は固定子コイルの口出導体端末処理部の斜視図、図２は発電機の全体構成を示す断面図、図３は固定子の構成を示す斜視図、図４と図５とは固定子コイルの口出導体端末処理の強度を説明する説明図である。図２において、１はフロントブラケット、２はリヤブラケット、３はフロントブラケット１とリヤブラケット２との間に挟持され、固定子コア４と固定子コイル５とよりなる固定子、６は両端がフロントブラケット１とリヤブラケット２とに支承された回転軸７と、この回転軸７に取り付けられた回転子コア８および９と、両回転子コア８と９との間に巻回された界磁コイル１０と、両回転子コア８と９との背面に設けられたファン１１および１２と、回転軸７に設けられたプーリ１３と、回転軸７に設けられ、界磁コイル１０に電流を供給するスリップリング１４とにより構成された回転子である。
【００１０】
１５はスリップリング１４に電流を供給するブラシ、１６はこのブラシ１５を保持するブラシホルダ、１７は固定子コイル５の交流出力を整流する三相全波構成の整流器、１８は界磁コイル１０の電流を調整して固定子コイル５の出力電圧を制御するレギュレータであり、これらはリヤブラケット２に取り付けられている。固定子コア４に巻挿された固定子コイル５は図３に示すように、三相の固定子コイル５ａと、５ｂと、５ｃとからなり、各固定子コイル５ａ、５ｂ、５ｃのそれぞれの一方の口出導体１９ａと１９ｂと１９ｃとは図２に示すようにリヤブラケット２側に延長され、先端には金属端子２０が接合されて整流器１７のターミナル１７ａに接続固定される。なお、図３は星形結線の固定子の例を示しており、各固定子コイル５ａ、５ｂ、５ｃの他方の口出導体は一括して接続され、中性点２１を形成している。
【００１１】
このように構成された車両用交流発電機において、回転子コア８と９とには固定子コア４の内径部に所定の空隙を介して対向し、交互に噛み合うように配列されて界磁コイル１０により交互に異磁極に磁化される磁極片８ａと９ａとを有しており、界磁コイル１０が図示しないバッテリからブラシ１５とスリップリング１４とを介して励磁され、回転子６がエンジンから駆動されることにより回転磁界が発生し、固定子コイル５ａ、５ｂ、５ｃには三相の交流電力が発電され、整流器１７により直流化されてバッテリを充電し、図示しない負荷に電力が供給される。
【００１２】
この電力供給経路上にある固定子コイル５ａ、５ｂ、５ｃの口出導体１９ａ、１９ｂ、１９ｃと金属端子２０との接合状態を示したのが図１であり、口出導体１９は先端部の絶縁皮膜が除去され、金属端子２０の接合片２０ａと２０ｂとにより両側より抱き込まれる状態にてカシメ固定された上、双方の接合片２０ａと２０ｂとが対向または重なり合う部分の一方の端部において、接合片２０ａと２０ｂとの間が例えばＴＩＧ溶接などのアーク溶接により接合固定され、同時に口出導体１９の一部が溶接される。このときのカシメ圧力は口出導体１９の断面積が初期値の７０〜８０％になるように設定され、このカシメ圧力はカシメ率、すなわち、図１の高さｈおよび幅Ｗにて示した金属端子２０の底面からカシメ部頂点までの高さとカシメ部の幅とを管理することにより精度良く設定することができる。
【００１３】
図４はこのカシメ率に対し、口出導体１９の断面積の変化を残存率で示した減面残存率と、口出導体１９と金属端子２０との接合部の引っ張り強さとの関係を示した特性図である。また、図５は、図４に示した減面残存率と引っ張り強さとの関係を示した特性図である。接合強度はカシメ率、すなわち、金属端子２０の底面からカシメ部頂点までの高さｈを低くするほど増大するが、同時に減面残存率が大きく低下することになり、断面積の変化する部分に振動による応力が集中して疲労破断が生じやすくなる。図５に示すように減面残存率が７０〜８０％の間が接合部の引っ張り強さには変化がなく安定しており、管理が容易であると共に、断面積の減少率も少なく、充分な引っ張り強さと耐疲労破断性とを得ることができる。
【００１４】
以上に説明したように、この発明の実施の形態１の車両用交流発電機においては、固定子コイル５を整流器１７に接続する口出導体１９と金属端子２０との接合を、まず、口出導体１９の断面積の残存率がカシメ部において初期値の７０〜８０％になるように金属端子２０をカシメ付け、さらに、接合片２０ａと２０ｂとの間を一方の端部において口出導体１９の一部を含めて溶接固定するようにしたので、充分な引っ張り強さを有して疲労破断を生じることのない接合ができ、しかも、溶接固定によりこの接合強度の経時劣化が抑制され、電気伝導度も安定して信頼性の高い接合部が得られることになる。なお、口出導体１９または金属端子２０のいずれか、あるいは双方に無酸素銅を使用すれば溶接によるブローホールの発生を抑えた安定した溶接が得られ、また、溶接は接合片２０ａと２０ｂとの対向する部分の一方の端部のみに行われるため、接合部の溶接熱による劣化も最小限に抑えることができる。
【００１５】
実施の形態２．
図６は、この発明の実施の形態２の車両用交流発電機の固定子コイル口出導体の端末処理を説明する斜視図であり、この実施の形態は、固定子コイル５の口出導体１９を金属端子２０の接合片２０ａと２０ｂとによりカシメ固定の上、接合片２０ａと２０ｂとの間を例えばＴＩＧ溶接などのアーク溶接により固定するものにおいて、接合片２０ａと２０ｂとの口出導体１９の先端側に、カシメ状態にてＵ字状になるように切り欠き部２０ｃを設け、このＵ字状の切り欠き部２０ｃの近辺にて接合片２０ａと２０ｂとの間を溶接固定すると共に、Ｕ字状の切り欠き部２０ｃ内において口出導体１９の一部が同時に溶接されるようにしたものである。
【００１６】
発電機の使用中においてはエンジンから伝達される振動により、固定子コイル５の口出導体１９に繰り返し曲げ応力が加わるが、曲げ応力が最も大きく働くのは口出導体１９が金属端子２０に接合固定された境界部である。この実施の形態では口出導体１９と金属端子２０とが接合された境界部では口出導体１９が接続片２０ａと２０ｂとで抱き込まれた状態にて保持されるため、振動による応力が変位吸収されやすく、溶接熱により口出導体１９が硬化しやすい部分は口出導体１９の先端側となるので、実施の形態１と同様の強度と電気伝導度を得ながら実施の形態１以上の耐震性を得ることができることになる。また、溶接により熱を受ける部分が口出導体１９の先端部のみとなるため、口出導体１９の絶縁皮膜が熱劣化することがなく、耐食性の劣化が防止できると共に、Ｕ字状の切り欠き部２０ｃが溶接の溶融溜まりとなって金属端子２０と口出導体１９との電気的接合がより確実なものとなる。
【００１７】
実施の形態３．
図７は、この発明の実施の形態３の車両用交流発電機の固定子コイル口出導体の端末処理を説明する斜視図である。実施の形態１および２では固定子コイル５が星形結線の場合を示したが、この実施の形態ではΔ結線の例を示し、二本の口出導体１９ａと１９ｄとが金属端子２０に接続されている。この接続は、二本の口出導体１９ａと１９ｄとの各々が金属端子２０の接合片２０ａと２０ｂとにそれぞれ抱き込まれるようにカシメ固定される。金属端子２０の接合片２０ａと２０ｂとには実施の形態２の場合と同じ箇所にＶ字状の切り欠き部２０ｄが設けられ、金属端子２０は銅系金属の中では比較的高硬度の黄銅など、口出導体より高硬度の材料にて形成されると共に、Ｖ字状の切り欠き部２０ｄの近辺にて接続片２０ａと２０ｂとの間に溶接が行われ、Ｖ字状の切り欠き部２０ｄ内において口出導体１９ａと１９ｄとの双方の一部が同時に溶接され、溶接後、溶接部に半田コーティングが施される。
【００１８】
このように二本の口出導体１９ａと１９ｄとが金属端子２０に接続される場合においても、上記の実施の形態１と同様に減面残存率を７０〜８０％に管理することにより安定した強度と電気伝導度とを得ることができ、また、金属端子２０を口出導体１９ａ、１９ｂより高硬度の黄銅にて形成し、溶接後、溶接部に半田コーティングを施すことにより、安定したカシメ強度と高い電気伝導度と高い耐食性とが同時に得られ、より信頼性の高い接合を行うことができる。特に、この実施の形態のように二本の口出導体１９ａと１９ｄとを金属端子２０に接続する場合、各々の口出導体１９ａと１９ｂとが接合片２０ａと２０ｂとによって、個別にカシメ固定されるのでより高い強度が得られる。
【００１９】
なお、上記の説明では、この実施の形態はΔ結線の例としたが、星形結線の場合でも二つの固定子コイルを重ねて巻挿する二条巻線の場合には口出導体が二本になり、同様のカシメ固定により同様の効果を得ることができ、三条巻線以上の場合にも適用できるものである。また、Ｖ字の切り欠き形状２０ｄと、金属端子２０の材質と、溶接後の半田コーティングとは、上記の実施の形態１および２のように口出導体１９が単線の場合でも同様の効果が得られることは言うまでもないことである。さらに、図３に示した星形結線の中性点２１の接続にもこの発明によるカシメ固定と溶接とを併用することにより、高い接合強度を得ることができるものである。
【００２０】
【発明の効果】
以上に説明したようにこの発明の車両用交流発電機によれば、固定子コイルを整流器に接続する口出導体と金属端子との接合を、口出導体の断面積がカシメ部において初期値の７０〜８０％になるように高さと幅とを管理をしながらカシメ付け、このカシメ部の一部と口出導体の一部とを溶接固定するようにしたので、また、カシメ部の口出導体の先端側にＵ字状の、または、Ｖ字状の切り欠き部を設け、この切り欠き部近辺と切り欠き部内においてカシメ部の一部と口出導体の一部とを溶接固定するようにしたので、さらに、口出導体、金属端子のいずれか、または双方に無酸素銅を使用したり、金属端子に口出導体より高硬度の材料を使用したり、溶接部に半田コーティングを施すようにしたので、引っ張り強さが安定した状態で疲労破断が生じることのない接合ができ、この接合強度や電気伝導度に経時劣化がなく、耐食性と耐震性が良好な、信頼性の高い接合部を有する車両用交流発電機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口出導体端末処理部を示す斜視図である。
【図２】 この発明の実施の形態１の車両用交流発電機の全体構成を示す断面図である。
【図３】 この発明の実施の形態１の車両用交流発電機の固定子の構成を示す斜視図である。
【図４】 この発明の実施の形態１の車両用交流発電機の口出導体端末処理の強度を説明する説明図である。
【図５】 この発明の実施の形態１の車両用交流発電機の口出導体端末処理の強度を説明する説明図である。
【図６】 この発明の実施の形態２の車両用交流発電機の口出導体端末処理部を示す斜視図である。
【図７】 この発明の実施の形態３の車両用交流発電機の口出導体端末処理部を示す斜視図である。
【符号の説明】
２ リヤブラケット、３ 固定子、４ 固定子コア、
５、５ａ、５ｂ、５ｃ 固定子コイル、６ 回転子、７ 回転軸、
８、９ 回転子コア、１０ 界磁コイル、１７ 整流器、
１７ａ ターミナル、１９、１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、１９ｄ 口出導体
２０ 金属端子、２０ａ、２０ｂ 接合片、
２０ｃ、２０ｄ 切り欠き部、２１ 中性点。

Claims (8)

1. 固定子コアとこの固定子コアに巻挿され口出導体を有する多相の固定子コイルとからなる固定子、磁極を形成する回転子コアが回転軸に固定された回転子、前記固定子を保持すると共に前記回転子を回転自在に支承するフロントブラケットとリヤブラケット、このリヤブラケットに取り付けられ、前記固定子コイルの口出導体に接合された金属端子が接続される整流器を備え、前記口出導体と前記金属端子との接合が、前記口出導体の端部を前記金属端子に設けられた接合片が両側より抱き込む状態にてカシメ固定によってなされ、かつ、このカシメ時の加圧力を口出導体の断面積の残存率が初期値の７０〜８０％になるように設定するとともに、両側より抱き込んだ前記接合片間がアーク溶接にて接合固定されたことを特徴とする車両用交流発電機。
2. 接合片間の溶接固定が、接合片間の長さ方向の一部においてなされたことを特徴とする請求項１に記載の車両用交流発電機。
3. 接合片間の溶接固定が、口出導体の一部を含めて溶接されたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の車両用交流発電機。
4. 接合片の口出導体先端側に、カシメ固定された状態にて口出導体が一部露出するような切り欠きが設けられ、この切り欠きの近辺にて接合片間が溶接固定されるように構成したことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の車両用交流発電機。
5. 口出導体と金属端子との少なくとも一方に無酸化銅が使用されたことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の車両用交流発電機。
6. 金属端子が口出導体より硬質の材料により形成されたことを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の車両用交流発電機。
7. 溶接による接合固定部に半田コーティングが施されたことを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載の車両用交流発電機。
8. 金属端子の接合片によりカシメ固定される口出導体が、複数の口出導体からなることを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか一項に記載の車両用交流発電機。

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