旋转电的制造方法
【专利摘要】一种旋转电机，能将在电刷和集电环的抵接部附近产生的热量高效地放出至刷握外部，从而能防止电刷的温度过度上升。对经由集电环朝励磁绕组供给励磁电流的电刷进行保持的刷握包括：通电用端子，该通电用端子将励磁电路与电刷电连接；以及电刷冷却用金属构件，该电刷冷却用金属构件对所述电刷进行冷却，利用电刷冷却用金属构件将在电刷和集电环的抵接部附近产生的热量放出至刷握外部。
【专利说明】旋转电机
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种旋转电机，特别地，涉及能防止电刷及刷握的温度上升的刷握的结构。
【背景技术】
[0002]目前，在例如车用的励磁绕组式旋转电机中，励磁电流从电刷经由集电环而朝转子的励磁绕组供给。此时，电刷在被安装于电刷后方的弹簧按压的状态下滑动。电刷和集电环产生因滑动部的电损失、滑动摩擦及各个通电路径的电损失而引起的发热。集电环和电刷在正极侧和负极侧各设置有一组。这些电刷和集电环一般为确保正极侧和负极侧之间的电绝缘性而被绝缘性的树脂等覆盖、保持。
[0003]另外，在收纳有电刷的刷握和集电环的模塑树脂之间设有防止异物或水分从外部进入并具有电刷磨损粉的排出功能的迷宫结构。尽管在该迷宫结构中设有微小的间隙，但由设置于转子的冷却风扇产生的冷却风被供给至集电环与电刷的抵接部的比例较小。这些主要原因会使集电环及电刷以集电环与电刷的抵接部为中心产生高温。此时，当电刷处于高温状态时，磨损速度变大，因此，会产生电刷寿命降低这样的问题。
[0004]因此，目前使用一种将散热翅片安装于刷握外部而通过热传递将电刷中产生的热量放出至外部的结构(例如参照专利文献I)。或者，提出了一种将电刷保持于金属性的刷握，将朝一体成形于保持刷握的刷握底座的电刷供给励磁电流的板和支架经由密封件连接在一起，以将在电刷中产生的热量放出至支架的结构。(例如参照专利文献2)。或者，提出了一种通过将用于电刷冷却及电刷磨损粉排出的通风口设于刷握来降低电刷的温度，以提高电刷寿命的结构(例如参照专利文献3)。
[0005]现有技术文献
[0006]专利文献
[0007]专利文献1:日本专利特开2003-047207号公报
[0008]专利文献2:日本专利特开2008-236979号公报
[0009]专利文献3:日本专利特开2009-177993号公报
【发明内容】
[0010]发明要解决的技术问题
[0011]然而，在专利文献I所示的现有装置中，能设置于刷握外侧面的散热翅片的片数及大小因刷握的表面积较小而较少。另外，在将该结构适用于采用了利用因转子旋转而产生的冷却风来冷却内部的结构的车辆发电用旋转电机的情况下，难以通过旋转电机的较低的转速朝设置于刷握外部的散热翅片供给足够的冷却风。此外，无论是车辆发电用旋转电机还是电动发电机，都因通以比一般的车用发电机高的励磁电流而要求具有较高的散热能力。因这样的理由而存在无法获得所需足够的电刷冷却能力这样的技术问题。
[0012]另外，在专利文献2所示的现有装置中，在电动动力转向这样的供刷握等设置的支架内部被密封而不存在因外部的异物等引起的电气方面误动作的问题的情况下是有效的，但在车辆发电用旋转电机或电动发电机中，刷握周围是异物容易从外部进入的结构，存在不能使与电刷电位相同的金属构件露出至刷握构成树脂的外部这样的技术问题。
[0013]另外，在专利文献3所示的现有装置中，当将电刷冷却用的通风口设于刷握时，存在刷握尺寸会变大、因能设置的通风口的尺寸由刷握的大小大致确定而难以增大通风口的截面积、电刷的冷却性能被限定这样的技术问题。
[0014]本发明为解决上述现有装置的技术问题而作，其目的在于提供一种能将在电刷和集电环的抵接部附近产生的热量高效地放出至刷握外部，从而能防止电刷的温度过度上升的旋转电机。
[0015]解决技术问题所采用的技术方案
[0016]本发明的旋转电机包括:转子，该转子具有固定于转轴的励磁铁心和励磁绕组；集电环，该集电环固定于上述转轴，并朝上述励磁绕组供给励磁电流；定子，该定子隔着间隙配置于上述转子的外周面，并具有电枢绕组；外壳，该外壳固定上述定子；刷握，该刷握固定于上述外壳，并对通过上述集电环朝上述励磁绕组供给励磁电流的电刷进行保持；以及散热器，该散热器固定于上述外壳，并配置有对上述励磁电流进行控制的励磁电路和对流动至上述电枢绕组的电枢电流进行控制的电源电路，其特征是，上述刷握包括:通电用端子，该通电用端子将上述励磁电路与上述电刷电连接；以及电刷冷却用金属构件，该电刷冷却用金属构件对上述电刷进行冷却。
[0017]发明效果
[0018]根据本发明的旋转电机，刷握包括:通电用端子，该通电用端子将励磁电路与电刷电连接；以及电刷冷却用金属构件，该电刷冷却用金属构件对电刷进行冷却，因此，能提供一种可通过设于刷握的散热部将在电刷与集电环的抵接部处产生的热量放出以防止电刷的温度过度上升、具有长寿命的电刷的旋转电机。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1是本发明实施方式一的旋转电机的剖视图。
[0020]图2是本发明实施方式一的旋转电机的电路图。
[0021]图3是本发明实施方式一的旋转电机的刷握以及配置于刷握内部的电刷、通电用端子及电刷冷却用金属构件的放大立体图。
[0022]图4是表不本发明实施方式一的旋转电机的实施方式一的包括刷握与散热器的连接面的截面的示意图。
[0023]图5是表示本发明实施方式二的旋转电机的包括刷握与散热器的连接面的截面的示意图。
[0024]图6是表示本发明实施方式三的旋转电机的包括刷握与散热器的连接面的截面的示意图。
[0025]图7是本发明实施方式四的旋转电机的树脂模塑后的刷握的立体图。
[0026]图8是表示本发明实施方式五的旋转电机的刷握的热传导率和电刷的温度上升的关系的特性图。
[0027]图9是表示本发明实施方式五的旋转电机的刷握构成树脂和电刷冷却用金属构件的线膨胀系数差与在施加温度循环时的刷握构成树脂中产生的应变量之间的关系的特性图。
[0028]图10是表示本发明实施方式六的旋转电机的包括刷握与散热器的连接面的截面的示意图。
[0029]图11是表示本发明实施方式七的旋转电机的包括刷握与散热器的连接面的截面的示意图。
[0030]图12是在本发明实施方式八的旋转电机的刷握构成树脂中设置的电刷、电刷冷却用金属构件及通电用端子的立体图。
[0031]图13是在本发明实施方式九的旋转电机的刷握构成树脂中设置的电刷、电刷冷却用金属构件及通电用端子的立体图。
[0032]图14是本发明实施方式十的旋转电机的刷握的立体图。
[0033]图15是本发明实施方式 一的旋转电机的刷握的立体图。
[0034]图16是表示本发明实施方式十二的旋转电机的包括刷握与散热器的连接面的截面的示意图。
[0035]图17是现有的车用交流发电机用刷握或电动发电机的刷握的立体图。
【具体实施方式】
[0036]实施方式一
[0037]以下，根据附图对本发明实施方式一的旋转电机进行说明。图1是本发明实施方式一的旋转电机的剖视图。本实施方式一的旋转电机不出了车用的交流发电电动机(电动发电机)，但也能适用于车用的交流发电机。
[0038]在图1中，旋转电机100包括:作为外壳的前支架6和后支架7 ;转轴1，该转轴I通过前支架6的轴承19a及后支架7的轴承19b被支承成能自由旋转；定子5，该定子5固定于前支架6及后支架7，并具有电枢绕组；转子10，该转子10固定于转轴I并具有励磁铁心2及励磁绕组3 ；以及带轮20，该带轮20固接于转轴I靠前侧的端部。此外，该旋转电机100通过挂在带轮20上的皮带(未图示)而与发动机的转轴(未图示)连接。另外，因旋转电机100驱动时的发热会导致转子10、定子5的温度上升，因此，在转子10的轴向两端面设有冷却用风扇12、13。
[0039]另外，旋转电机100包括:一对集电环4，这一对集电环4安装于转轴I的后侧；刷握80，该刷握80以位于转轴I的后侧外周的方式安装于后支架7 ;以及一对电刷8，这一对电刷8以与上述一对集电环4滑动接触的方式配置于刷握80内。
[0040]此外，旋转电机100包括:电源电路部30，该电源电路部30将直流电转换为交流电或将交流电转换为直流电；励磁电路部31，该励磁电路部31将励磁电流供给至转子10的励磁绕组3 ;以及控制电路部32，该控制电路部32对电源电路部30及励磁电路部31进行控制。控制电路部32与外部连接用连接器35电连接`，并经由电源端子(未图示)与外部连接。外部连接用连接器35配置于控制电路部32的附近。
[0041]电源电路部30包括:三个电源元件30a和三个电源元件30b，其中，三个电源元件30a构成后述三相桥式电路的正极侧臂，三个电源元件30b构成后述三相桥式电路的负极侧臂；以及散热器30g，该散热器30g兼作与上述电源元件30a、30b电连接的电极构件。各电源元件30a、30b间的连接由嵌件成形于树脂的导电性构件(未图示)和散热器30g进行，并利用中继配线构件(未图示)与控制电路部32电连接。
[0042]上述控制电路部32包括控制电路基板32a和用于收纳控制电路基板32a的树脂制的壳体33。壳体33具有利用防水盖33a等防止盐泥水浸入控制电路基板32a这样的防水结构。励磁电路部31既能安装于与控制电路基板32a相同的基板上，另外，也可构成为与控制基板电路32a分离。
[0043]图2是本发明实施方式一的旋转电机的电路图。在图2中，由电源电路部30、励磁电路部31、控制电路部32构成电源部300。电源电路部30包括:上述构成三相桥式电路的正极侧臂的三个电源元件30a ;以及上述构成三相桥式电路的负极侧臂的三个电源元件30b。
[0044]此处，为了更容易理解本发明实施方式一的旋转电机，对现有例进行说明。图17是现有的车用交流发电机用刷握或电动发电机的刷握的立体图。在图17中，刷握80利用绝缘性的树脂通过注塑成形等成形，在刷握80的圆环部801的内部配置有固定于转轴I的集电环4(参照图1)。另外，在圆环部801的内表面形成有开口部802，该开口部802用于使收纳于电刷保持部803内的电刷8(参照图1)突出而与集电环4接触。刷握80通过其一部分固定于后支架7而固定于后支架7的内部。另外，在刷握80上设置有用于朝电刷供给励磁电流的通电用端子82。
[0045]在将这种结构的现有的刷握80适用于图1所示的励磁绕组式的旋转电机100的情况下，来自励磁电路部31的励磁电流经由保持于刷握80的电刷8和安装于转轴I的集电环4而供给来，上述刷握80固定于后支架7，但由于固定着的电刷8与旋转的集电环4接触，因此两者的摩擦会导致在电刷8与集电环4的滑动部处产生发热。另外，在该滑动部，电刷8和集电环4被保持在接触状态下，因此，也会因接触部的电阻而产生发热。此外，伴随着通电，还会同时产生各构件中的焦耳发热。另外，刷握80与集电环4之间仅具有为防止来自外部的异物、水的进入而由树脂模塑件14形成的迷宫14a的间隙，因此也限制了冷却风的流入。基于以上理由，存在电刷温度上升、电刷寿命降低的问题。
[0046]此外，在车用交流发电机或电动发电机中，形成利用因设置有风扇的转子的旋转而产生的冷却风对内部进行冷却的结构。因此，在后支架7上设有许多通风口，来自外部的异物容易混入刷握附近。为了不产生因异物引起的构件间的短路，集电环4与电刷8的抵接部除了电刷磨损粉排出用的、异物难以侵入的由刷握80和集电环模塑树脂构成的迷宫结构的微小间隙之外，是被密封的。因此，电刷8自身或电刷8与集电环4的抵接部附近没有有效的散热路径，因而存在电刷的温度升高这样的问题。
[0047]因此，在本发明实施方式一的旋转电机中，如后所述在刷握80上设置与通电用端子分体的电刷冷却用金属构件，并将其与车用交流发电机或电动发电机内部的温度较低的部分(电源部冷却用的散热器30g等)连接，从而使在电刷或电刷与集电环的抵接部处产生的热量高效地进行散热。
[0048]图3是本发明实施方式一的旋转电机的刷握及设置于刷握内部的电刷、通电用端子及电刷冷却用金属构件的放大立体图，图3(a)示出了刷握，图3(b)示出了设置于刷握内部的电刷、通电用端子及电刷冷却用金属构件。如图3(a)所示，在刷握80的电刷保持部803上配置有与通电用端子82分体的电刷冷却用金属构件81。该电刷冷却用金属构件81利用刷握构成树脂通过嵌件成形或基体上成形而固定于电刷保持部803。
[0049]电刷冷却用金属构件81被设置成使至少一部分分别在刷握80的电刷保持部803的两侧部的外部露出。藉此，在电刷8或电刷8与集电环4的抵接部产生的热量可传递至电刷冷却用金属构件81而放出至刷握80的外部。另外，电刷冷却用金属构件81嵌件成形在刷握80内部或进行基体上成形，因此，与另行设置的情况相比，能削减安装成本。
[0050]如图3(b)所示，在刷握构成树脂内部以将电刷8的两侧部围住的方式配置有电刷冷却用金属构件81。该电刷冷却用金属构件81由第一金属构件810和第二金属构件811构成，其中，上述第一金属构件810将电刷8的周面覆盖，上述第二金属构件811与上述第一金属构件810的表面结合，并从该表面朝大致直角方向突出。第一金属构件810被嵌件成形在构成刷握80的树脂内或进行基体上成形。电刷冷却用金属构件81被设置成与电刷8绝缘。作为确保该绝缘的方法，能隔着例如0.5 (mm)左右的树脂层沿着电刷8的表面来设置第一金属构件810,并将第二金属构件811固定于该第一金属构件810,从而直接构成为电刷冷却用金属构件81与电刷8不接触。
[0051]与收纳电刷8的空间平行配置的第一金属构件810的面积越大，则越能提高由第一金属构件810和第二金属构件811构成的电刷冷却用金属构件81的散热性。为了增大第一金属构件810的面积，能将第一金属构件810沿着收纳电刷8的空间进行折曲，较为理想的是，通过将电刷8的四个面围住来将面积设为最大限度。此外，由于在刷握80的内部如骨架那样配置有电刷冷却用金属构件81的第一金属构件810，因此提高了刷握80整体的机械强度，能防止受到来自外部的负载、冲击时被破坏。
[0052]在本实施方式一中，对于电刷8与电刷冷却用金属构件81之间的绝缘使用了构成刷握80的树脂，但例如也可通过喷镀、层压等将绝缘材料涂覆于电刷冷却用金属构件81来实现。藉此，即便在从刷握80露出的电刷冷却用金属构件81的第二金属构件811上附着有来自外部的异物的情况下，或者在与车用交流发电机或电动发电机内的其它构件接触地设置电刷冷却用金属构件81的第二金属构件811的情况下，也不会产生励磁电流的泄漏、短路。
[0053]图4是表不本发明实施方式一的旋转电机的实施方式一的包括刷握与散热器的连接面的截面的示意图。图4所示的刷握80与图3的A — A截面相当。在图4中，电刷冷却用金属构件81的第一金属构件810以将一对电刷8的半个周面围住的方式形成大致E字状的截面形状，利用一对电刷冷却用金属构件81的第一金属构件810将各电刷8的大致整个周面围住。
[0054]从刷握80露出的电刷冷却用金属构件81的一部分即第二金属构件811的突出部利用螺钉83与设于装设有电源电路的散热器30g的翅片30g2的突出部连接。另外，从刷握80露出的第二金属构件811也可通过粘接剂或铆接等固定刷握80，以代替利用螺钉83固定于散热器30g。
[0055]该散热器30g是电源电路冷却用的散热器，并被设计成将因转子旋转而产生的冷却风高效地供给到从底座面30gl突出的翅片30g2。散热器30g在冷却风的作用下使得动作中的温度比支架等的温度低。从刷握80露出的电刷冷却用金属构件81通过热传导将在电刷8或电刷8与集电环4的抵接部处产生的热量放出至连接着的散热器30g。根据上述理由，能从电刷8高效地进行散热，以降低电刷8的温度。该散热方式在电刷冷却性方面比例如在刷握80的外周部安装冷却用的散热器30g等以将在电刷8附近产生的热量排出至外部环境气体的方式优异。除此之外，电刷冷却用金属构件81露出的部分是较大风量的冷却风流过的部分，因此从电刷冷却用金属构件81的露出部表面也能进行散热。
[0056]另外，电刷冷却用金属构件81的与散热器30g连接的连接部兼作刷握固定用的结构。藉此，无需重新设置刷握固定用的结构，从而降低了刷握的材料及制造成本。此外，在刷握80具有其它固定用的结构的情况下，与电刷冷却用金属构件81的刷握固定用的结构一起，能进一步提高刷握固定强度。
[0057]当将电刷冷却用金属构件81用于固定刷握80时，与将刷握构成树脂等用于固定的情况相比，能防止因温度循环、历时劣化而产生的形状变化即树脂收缩的问题，例如能防止螺钉松动等。另外，电刷冷却用金属构件81和散热器30g通过旋紧、粘接剂或铆接等加以固定，从而对电刷冷却用金属构件81与散热器30g的接触部进行加压或用热传导率较小的构件填充等，能降低接触热阻。藉此，能降低电刷冷却用金属构件81的散热路径的热阻，并能进一步高效地降低电刷的温度。另外，本实施方式一的刷握80除了原来的固定机构之外还用突出部进行固定，因而比起通常的仅用固定机构保持的刷握，能将共振频率设定得较高。本实施方式一的刷握能提高对于振动的可靠性。
[0058]实施方式二
[0059]图5是表示本发明实施方式二的旋转电机的包括刷握与散热器的连接面的截面的示意图。在图5中，从刷握80露出的电刷冷却用金属构件81的第一金属构件810朝散热器30g的底座面30gl —侧延伸，其端部8101以与散热器30g的底座面30gl相对的方式折曲而形成突出部。该第一金属构件810的端部8101与散热器30g的底座面30gl抵接而连接。
[0060]根据本实施方式二，能将电刷冷却用金属构件81与散热器30g的连接部的接触面积设定得较大。因此，能降低该连接部的接触热阻，在对电刷8的热量进行散热这点上是有利的。另外，同时也能增加通向散热器30g的散热路径的个数，有利于散热性。此外，刷握80的电刷冷却用金属构件81的第一金属构件810的突出部固定于散热器30g的底座面30gl，具有提高固定强度、抑制振动的效果，因此，能降低刷握80的故障、振动等。因此，刷握80除了原来的固定机构之外还用突出部进行固定及用散热器底座面进行固定，与通常的仅由固定机构保持的刷握相比，能将共振频率设定得较高，从而能提高刷握对于振动的可靠性。
[0061]图6是表示本发明实施方式三的旋转电机的包括刷握与散热器的连接面的截面的示意图。在图6中，从刷握80露出的电刷冷却用金属构件81的第一金属构件810朝散热器30g的底座面30gl —侧延伸，其端部8101以与散热器30g的底座面30gl相对的方式折曲而形成突出部。该第一金属构件810的端部8101与散热器30g的底座面30gl抵接而连接。
[0062]在本实施方式三中，电刷冷却用金属构件81的第一金属构件810的端部8101及第二金属构件811隔着树脂、润滑脂或粘接材料等高散热间隙填充件900而与散热器30g的底座面30gl及翅片30g2连接。藉此，降低了这些连接部的接触电阻，因此，提高了电刷冷却能力。另外，由于设置了这些高散热间隙填充件900，因此，也具有防止异物侵入刷握80的电刷冷却用金属构件81与散热器30g之间的效果。因此，即便在冲击时、存在较大的温度变化时等情况下，作为散热路径的一部分的电刷冷却用金属构件81与散热器30g的接触部的接触电阻也不会变差。
[0063]实施方式四
[0064]图7是本发明实施方式四的旋转电机的树脂模塑后的刷握的立体图，图7(a)示出了刷握，图7(b)示出了设置于刷握内部的电刷、通电用端子及电刷冷却用金属构件。如图7(a)、图7 (b)所不，电刷冷却用金属构件81由第一金属构件810、第二金属构件811及多个第三金属构件812构成，其中，上述第一金属构件810沿着电刷8的周面配置，上述第二金属构件811从上述第一金属构件810的表面朝直角方向延伸，上述多个第三金属构件812从第一金属构件810的表面朝直角方向延伸，并在中途折曲成大致直角。第一金属构件810嵌件于构成刷握80的树脂内，第二金属构件811和第三金属构件812从刷握的树脂朝外部露出。此外，第三金属构件812是呈散热翅片状或梳齿状形状的散热部。
[0065]根据本实施方式四，利用露出至刷握80外部的电刷冷却用金属构件81的第二金属构件811和第三金属构件812，可进一步促进刷握80朝外部环境气体的散热。此外，在电刷8或电刷8与集电环4的抵接部处产生的热量分散为利用第二金属构件811从刷握80朝散热器30g传递的热量和利用第三金属构件812朝刷握80的外部环境气体散热的热量。其结果是，提高了刷握80的电刷冷却效果，并能防止与电刷冷却用金属构件81连接的散热器81g的温度上升。另外，由电刷冷却用金属构件81的第二金属构件811和第三金属构件812形成的散热部配置于冷却风的流量较大的部分。因此，冷却风会与这些散热部碰撞，在速度更小的动作条件下会变为湍流。藉此，不仅刷握80的上述散热部，刷握80的表面的热传导率也得到了提高，从而提高了电刷冷却效果。
[0066]实施方式五
[0067]本发明实施方式五的旋转电机中的刷握由具有较高的电刷温度降低效果的、热传导率为0.8(W/mK)以上的树脂构成，例如由以PPS或者PBT为基材的树脂构成。图8是表示本发明实施方式五的旋转电机的刷握的热传导率和电刷的温度上升的关系的特性图，纵轴表不电刷的温度(k),横轴表不刷握的热传导率(W/mk)。
[0068]在车用交流发电机或电动发电机发电时、再生发电时、驱动动作时等上升的电刷温度会因增大刷握的热传导率而降低。可以想到存在以下原因:电刷附近产生的热量经由刷握80而传导至上述实施方式一至四所示的电刷冷却用金属构件81，当放出至刷握80的外部时，会降低电刷8与电刷冷却用金属构件81之间的热阻。
[0069]在电刷8的附近产生的热量不仅从刷握80 —侧，还通过经由集电环4的散热路径、经由电刷8的辫线的散热路径等多个散热路径进行散热，但本申请发明人发现，在刷握80的热传导率处于大致0.8 (W/mK)以下的情况下，无法获得以下效果:在电刷附近产生的热量朝经由电刷冷却用金属构件81的散热路径传导的比例比经由集电环4的散热路径、经由电刷8的辫线的散热路径等散热路径传导的比例大，因此，无法获得较大的电刷温度降低效果。因此，本实施方式五的旋转电机的刷握利用热传导率为0.8(W/mK)以上的构成树脂对刷握80进行成形，以能具有更高的电刷温度降低效果。
[0070]另外，刷握80的构成树脂为了提高热传导率而添加了热传导好的高价填料，因此，增加了单位质量的价格。因此，当刷握80的热传导率为3.0 (W/mK)以上时，可能会增加材料成本。因此，为了将成本增加与散热性的费用效果比保持得较高，较为理想的是，将刷握80的热传导率设为0.8?3.0 (ff/mK)。[0071]另一方面，刷握80的构成树脂和电刷冷却用金属构件81通过嵌件成形或基体上成形而被一体化，当朝刷握80施加温度循环时，由于刷握80的构成树脂和电刷冷却用金属构件81的线膨胀系数不同，因此在界面边界部附近会因热变化而产生应变。放置车用交流发电机或电动发电机的环境气体因使用状态和车外环境气体温度会产生较大的温度差。因此，需针对温度循环，对刷握的构成树脂采取应对裂纹的措施。当裂纹出现并扩大时，侵入刷握附近的水分、异物可能会穿过裂纹的间隙而到达电刷与集电环的抵接部并引起旋转电机的动作不良。为了防止上述情况，需减小刷握构成树脂和电刷冷却用金属构件的线膨胀系数差。
[0072]图9是表示本发明实施方式五的旋转电机的刷握的构成树脂和电刷冷却用金属构件的线膨胀系数差与在施加温度循环时的刷握构成树脂中产生的应变量之间的关系的特性图。如图9所示，发明人发现，当形成刷握80的构成树脂和电刷冷却用金属构件81的线膨胀系数差超过10(ppm)的结构时，因温度循环产生的出现在界面边界部附近的应变反复发生，因此会产生裂纹。因此，将本发明的旋转电机的刷握中的刷握80的构成树脂和电刷冷却用金属构件81的线膨胀系数差设为10 (ppm)以下。
[0073]另外，电刷冷却用金属构件81由铜(也包括磷青铜)或黄铜构成。通过将电刷冷却用金属构件81设为这些材料，从刷握80传递来的热量能通过由热传导率较高的这些构件构成的电刷冷却用金属构件81而热传导至散热器30g。藉此，与由热传导率较低的铁等构成电刷冷却用金属构件81的情况比较，可产生较高的电刷温度降低效果。此时，在由上述铜或黄铜构成电刷冷却用金属构件81的情况下，能保持较高的电刷温度降低效果，但在由热传导率较低的金属制作出电刷冷却用金属构件81的情况下，为了使刷握80具有相同的电刷冷却性性能，需要在外部粘接散热翅片或大量设置电刷冷却用金属构件81。
[0074]根据上述理由，通过将电刷冷却用金属构件81设为铜或黄铜，能使刷握80自身轻量化。藉此，车用交流发电机或电动发电机整体也能变轻。另外，刷握80的构成树脂由以PPS或PBT为基材的树脂构成。藉此，能减小电刷冷却用金属构件81和刷握80的构成树脂之间的线膨胀系数差。另外，能构成刷握80的构成树脂自身的耐热性及机械强度等较高的刷握80。此外，PPS或PBT的循环性也较高，在环境方面和成本方面优异。
[0075]实施方式六
[0076]图10是表示本发明实施方式六的旋转电机的包括刷握与散热器的连接面的截面的示意图。在图10中，电刷8和电刷冷却用金属构件81形成利用刷握80的构成树脂来绝缘的结构。即，至少电刷冷却用金属构件81中的平板状的第一金属构件810的靠电刷一侧的面隔着刷握80的构成树脂而与电刷8相对，电刷8和电刷冷却用金属构件81的第一金属构件810不会直接接触。
[0077]在本实施方式六中，电刷冷却用金属构件81嵌件成形或基体上成形于刷握80，同时也形成了绝缘结构。因此，能减少制造刷握80所需的时间，从而能削减成本。另外，较为理想的是，使存在于电刷冷却用金属构件81的第一金属构件810与电刷8之间的刷握80的构成构件的厚度在成形可行性或强度所允许的范围变薄。通过使存在于电刷冷却用金属构件的第一金属构件810与电刷8之间的刷握80的构成构件的厚度变薄，能增加在电刷附近产生的热量通过电刷冷却用金属构件81形成的散热路径的比例，使热量传导至散热器30g,因此，能增大电刷8的温度降低效果。[0078]实施方式七
[0079]图11是表示本发明实施方式七的旋转电机的包括刷握与散热器的连接面的截面的示意图。在图11中，电刷8与电刷冷却用金属构件81的绝缘由热传导率比刷握80的构成树脂的热传导率高或以较薄的厚度形成的构件910构成。在电刷冷却用金属构件81中的第一金属构件810的靠电刷一侧的表面粘接热传导率较高的绝缘材料、例如配合有高热传导填料的树脂片材910，或配置通过喷镀、层压等附着的绝缘材料。
[0080]这样，通过利用热传导率较高或能减小厚度或者包括上述两点的绝缘材料910来确保电刷8和电刷冷却用金属构件81的绝缘，能大幅降低电刷8与电刷冷却用金属构件81之间的热阻。在该情况下，能将在电刷附近产生的热量的大部分引至通过电刷冷却用金属构件81的散热路径从而热传导至温度较低的散热器30g，能获得较高的电刷温度上升抑制效果。这样，通过将电刷8和电刷冷却用金属构件91隔着较薄的绝缘材料配置，能减小刷握80自身所需的容积，能减少成形树脂的使用量，还能降低刷握80的重量。其结果是，能使车用交流发电机或电动发电机轻量化。
[0081]实施方式八
[0082]图12是在本发明实施方式八的旋转电机的刷握构成树脂中设置的电刷、电刷冷却用金属构件及通电用端子的立体图。如图12所示，电刷冷却用金属构件81由两个第一金属构件810和两个第二金属构件811构成，以与电刷8的侧面的大致整个区域对应的方式尽可能增大两个第一金属构件810的表面，使这两个第一金属构件810的表面隔着电刷8彼此相向。
[0083]藉此，能将电刷冷却用金属构件81通过刷握80的构成树脂接收在电刷8附近产生的热量的面积设定得较大，从而能降低该散热路径的热阻。在该情况下，只要以将电刷8围住的方式配置电刷冷却用金属构件81即可。电刷冷却用金属构件81从电刷8接收到热量的面积进一步变大，并且在刷握中起到了骨架的作用，因而提高了结构强度。
[0084]实施方式九
[0085]图13是在本发明实施方式九的旋转电机的刷握构成树脂中设置的电刷、电刷冷却用金属构件及通电用端子的立体图。如图13所示，电刷冷却用金属构件81的第一金属构件810配置于集电环4(未图示)与电刷8的接触部附近。这样，通过尽可能在集电环4与电刷8的接触部附近配置电刷冷却用金属构件81的第二金属构件810，能增大电刷冷却效果。另外，即便在因刷握80的形状的限制等而无法如上述图12那样将与电刷8相对的第一金属构件的表面在电刷8的长边方向上设得较大等情况下，也能保持电刷温度降低效果O
[0086]实施方式十
[0087]图14是本发明实施方式十的旋转电机的刷握的立体图。电刷冷却用金属构件81的第二金属构件811是通过将从刷握80的侧面大致垂直地延伸的第一构件811a和从该第一构件811a朝大致直角方向延伸的第二构件811b这多个部件连接而构成的。藉此，能提高对刷握80进行成形时的设计自由度。较为理想的是，使电刷冷却用金属构件81位于不会妨碍因设置于转子的风扇吹起的冷却风流动的位置。
[0088]实施方式i
[0089]图15是本发明实施方式 的旋转电机的刷握的立体图。如图15所示，刷握80包括热扩散用的金属性板920，该金属性板920安装于收纳电刷8的电刷保持部803的空间部的壁面。电刷冷却用金属构件81由埋设于刷握80的构成树脂并隔着刷握的薄构成树脂相对的第一金属构件810和第二金属构件811构成。
[0090]热扩散用的金属板920是铜、铝或铁制的。根据本实施方式十一，在电刷附近产生的热量因热扩散用的金属板920而在电刷冷却用金属构件81的第一金属构件810的平面方向上扩散，增大了热传导面积，从而能减小该路径的热阻。其结果是，能构成具有较高电刷冷却性的刷握。
[0091]实施方式十二
[0092]图16是表示本发明实施方式十二的旋转电机的包括刷握与散热器的连接面的截面的不意图。如图16所不，电刷冷却用金属构件81由第一金属构件810和第二金属构件811构成，其中，上述第一金属构件810在刷握80树脂成形后固定于刷握80的外侧面，上述第二金属构件811固定于第一金属构件801。
[0093]根据本实施方式十二，能提高可设置的电刷冷却用金属构件81的形状自由度。藉此，能将电刷冷却用金属构件形成为不会妨碍刷握80周围的风流动的形状。其结果是，能避免吹出至电刷8及散热器30g的冷却风的流量降低，并能降低电刷8及散热器30g的温度上升。另外，安装于刷握80外周面的电刷冷却用金属构件81也可通过高热传导粘接剂、螺钉的固定等尽可能降低刷握80与电刷冷却用金属构件81的接触部的热阻的方法加以固定。藉此，能降低该散热路径的热阻，并能提高电刷温度降低效果。
[0094]工业上的可利用性
[0095]本发明能用于汽车工业领域，尤其能用于装设于汽车的旋转电机的领域。
[0096]符号说明
[0097]100 旋转电机
[0098]I 转轴
[0099]2 励磁铁心
[0100]3 励磁绕组
[0101]4 集电环
[0102]5 定子
[0103]6、7 外壳
[0104]8 电刷
[0105]9 集电环端子
[0106]10 转子
[0107]11 引线卷绕部
[0108]12 冷却用风扇
[0109]13 冷却用风扇
[0110]14 集电环模塑部
[0111]15 弹簧
[0112]16 旋转传感器
[0113]18 线圈引线
[0114]19 轴承[0115]20带轮
[0116]30电源电路部
[0117]30a电源元件
[0118]30b电源元件
[0119]30g散热器
[0120]30gl散热器的底座面
[0121]30g2 翅片
[0122]31励磁电路部
[0123]32控制电路部
[0124]32a控制电路基板
[0125]33a防水盖
[0126]35外部连接用连接器
[0127]40露出部
[0128]50模塑树脂
[0129]60模塑成形件
[0130]80刷握
[0131]81电刷冷却用金属构件
[0132]810第一金属构件
[0133]811第二金属构件
[0134]82通电用端子
[0135]83螺钉
[0136]900高散热间隙填充件
[0137]812第三金属构件[0138]910树脂片材
[0139]920金属板
【权利要求】
1.一种旋转电机，包括: 转子，该转子具有固定于转轴的励磁铁心和励磁绕组； 集电环，该集电环固定于所述转轴，并朝所述励磁绕组供给励磁电流； 定子，该定子隔着间隙配置于所述转子的外周面，并具有电枢绕组； 外壳，该外壳固定所述定子； 刷握，该刷握固定于所述外壳，并对通过所述集电环朝所述励磁绕组供给励磁电流的电刷进行保持；以及 散热器，该散热器固定于所述外壳，并装设有对所述励磁电流进行控制的励磁电路和对流动至所述电枢绕组的电枢电流进行控制的电源电路， 其特征在于， 所述刷握包括: 通电用端子，该通电用端子将所述励磁电路与所述电刷电连接；以及 电刷冷却用金属构件，该电刷冷却用金属构件对所述电刷进行冷却。
2.如权利要求1所述的旋转电机，其特征在于， 所述电刷冷却用金属构件与所述电刷电绝缘。
3.如权利要求1或2 所述的旋转电机，其特征在于， 所述电刷冷却用金属构件嵌件成形于所述刷握。
4.如权利要求1至3中任一项所述的旋转电机，其特征在于， 所述电刷冷却用金属构件包括至少一部分露出至所述刷握的外部的露出部。
5.如权利要求4所述的旋转电机，其特征在于， 所述电刷冷却用金属构件的所述露出部的至少一部分与所述散热器连接。
6.如权利要求4或5所述的旋转电机，其特征在于， 所述电刷冷却用金属构件的所述露出部具有用于将所述刷握直接或间接地固定于所述外壳的结构。
7.如权利要求4至6中任一项所述的旋转电机，其特征在于， 所述散热器包括刷握固定用的突出部， 所述电刷冷却用金属构件的所述露出部固定于所述散热器的突出部。
8.如权利要求4至7中任一项所述的旋转电机，其特征在于， 所述电刷冷却用金属构件的所述露出部固定于所述散热器的底座面。
9.如权利要求5至8中任一项所述的旋转电机，其特征在于， 所述电刷冷却用金属构件与所述散热器通过热传导率较高的树脂、润滑脂、粘接材料中的至少一种而连接在一起。
10.如权利要求4至9中任一项所述的旋转电机，其特征在于， 所述电刷冷却用金属构件的所述露出部的至少一部分形成为折曲的翅片状或梳齿状。
11.如权利要求1至10中任一项所述的旋转电机，其特征在于， 所述刷握由热传导率为0.8(W/mK)以上的材料构成。
12.如权利要求1至11中任一项所述的旋转电机，其特征在于， 构成所述刷握的材料与所述电刷冷却用金属构件的材质的线膨胀系数差为10(ppm)以内。
13.如权利要求1至12中任一项所述的旋转电机，其特征在于， 构成所述刷握的材料为PPS或PBT， 构成所述电刷冷却用金属构件的材料是铜或黄铜。
14.如权利要求1至13中任一项所述的旋转电机，其特征在于， 在所述电刷与所述电刷冷却用金属构件之间配置有构成所述刷握的树脂。
15.如权利要求1至13中任一项所述的旋转电机，其特征在于， 在所述电刷与所述电刷冷却用金属构件之间配置有热传导率比构成所述刷握的树脂的热传导率高的构件。
16.如权利要求1至15中任一项所述的旋转电机,其特征在于， 所述电刷冷却用金属构件配置成与所述电刷的至少外周面的周面一部分相对。
17.如权利要求1至16中任一项所述的旋转电机，其特征在于， 所述电刷冷却用金属构件至少配置于所述集电环与所述电刷的接触部附近。
18.如权利要求1至17中任一项所述的旋转电机，其特征在于， 所述电刷冷却用金属构件由多个构件构成。
19.如权利要求1至18中任一项所述的旋转电机，其特征在于， 所述刷握在收纳所述电刷的空间部的壁面上包括热扩散用的板， 所述电刷冷却用金属构件的一部分配置成与所述板并行。
20.如权利要求1至3、9、11至19中任一项所述的旋转电机，其特征在于， 所述电刷冷却用金属构件在所述刷握成形后固定于所述刷握的外侧面。
【文档编号】H02K9/28GK103460568SQ201180069822
【公开日】2013年12月18日 申请日期:2011年6月7日 优先权日:2011年6月7日
【发明者】深濑达也, 矶田仁志, 前田直秀, 藤田畅彦, 中岛泰 申请人:三菱电机株式会社