本发明涉及一种具有绕有磁场线圈的转子铁心的发电机，电流通 过滑环单元和电刷单元输送到磁场线圈，具体的说，本发明涉及对车 辆蓄电池充电的车辆用交流发电机。

如图7中所示，传统的交流发电机100有三相整流器101、用以 调节输出电压的电压调节器102、机壳103、由机壳103可转动地支 承的轴104、固定在机壳103内的定子105、在定子105内转动的转 子106、固定在轴104的端部周缘上的滑环107、以及在滑环单元107 的外周缘上滑动的电刷单元108。定子105是由定子铁心111和三相 定子线圈112等所组成的。转子106则是由伦德尔型磁极铁心113和 磁场线圈114等所组成的，绝缘管116几乎把磁场线圈114的线圈端 部115覆盖住了。

滑环单元107是由两个金属滑环120和两个连接条121等所组成 的。两个滑环120是由铜合金和不锈钢所组成的，且与轴104一起旋 转。两条连接条121分别与线圈端部115和两个滑环120电连接。

电刷单元108是由两个电刷131、刷握132及螺簧133等所组成 的，刷握132固定电刷131，螺簧133则使电刷131偏靠金属滑环120 的外周缘。电刷131是由碳素物所组成的。电刷131通过电刷端子(未 示出)用铜软辫线134与电压调节器102相连接。

近年来，随着车辆发动机室变得越来越小，用来安装各种装置的 空间也变得越来越小。此外，对燃料消耗率的限制变得更为严厉，车 辆的保险时间也延长了。因此，要求车辆发动机小而轻，且工作寿命 较长。作为使交流发电机较小且较轻的方法，必须使车辆交流发电机 的体积和轴向尺寸减小。

为了使电刷有足够长的工作寿命，在预计电刷磨损时要求电刷 131有余量。然而，为了防止输出电压减少，应尽量减小向磁场线圈 117输送磁场电流的磁场控制电路的电压降。为此，刷握132配置成 靠近调节输送给磁场线圈117的磁场电流的电压调节器102。因此， 电刷131沿刷握132的径向不可能有足够长的工作寿命。因而，增大 刷握132和滑环120的轴向尺寸就占据了车辆交流发电机100的总长 度的大部分。

由碳素物所组成的电刷131需要适当的接触面积(大小)以及螺 簧133的偏压力(弹簧力)，以减小碳质电刷与金属滑环120的外周 缘相接触的部分的电阻。因此，如果为了使发电机变小而减小电刷131 的接触面积，则电流密度增大，从而使电刷131的温度上升，缩短其 工作寿命。

在小型直流旋转电机(例如电动机)中，采用了由叠层金属片或 铜线所组成的金属电刷，代替碳质电刷以及由铜合金所组成的旋转换 向器。然而，换向器容易磨损。因此，这种高功率旋转电机不适合用 作车辆的交流发电机。

如图8中所示，在从绝缘管116伸出的线圈端部115的裸露部分 插入连接条121的孔中之后，采用焊接或熔接把磁场线圈114的线圈 端部115和连接条121连接起来。滑环120和连接条121则采用焊接 连接起来。

绝缘管的端部与线圈端部115和连接条121的连接部分用树脂材 料(例如环氧树脂)覆盖起来，防止由于线圈端部和连接条121的连 接部分或滑环120和连接条121的连接部分的共振而使连接部分的连 接强度减弱。滑环120和连接条121的连接部分用预配合到轴104上 或与轴104整体模制的绝缘件124覆盖起来。绝缘件124配置在沿纵 向延伸的槽117内，使轴104、滑环120和连接条绝缘。

因为滑环120和连接条是焊接的，所以必须具备颇大的空间， 以便在焊接时容纳焊具，从而导致滑环120的轴向尺寸和径向尺寸增 大。

美国专利US4,406,961公开了一种交流发电机，这种交流发电机 具有由碳素物所组成的电刷、碳质滑环和用以使磁场线圈的线圈端部 绝缘的绝缘管，使得绝缘管配置在轴上轴向形成的槽内，使磁场线圈 的线圈端部和滑环直接连接起来。滑环和磁场线圈的线圈端部焊接在 滑环附近。

因此，当连接滑环和线圈端部的焊接层冷却收缩时，滑环可能会 松脱。焊料的软层不能抵抗振动，线圈端部和滑环的连接部分的强度 可能由于焊接而减弱。滑环和磁场线圈的线圈端部的焊接需要有烙铁 和工具的工作空间，从而增大了交流发电机的体积。

本发明的目的是提供一种交流发电机，这种交流发电机没有那些 为连接工作所需要的大空间的连接导线，滑环和连接条的连接部分颇 为紧凑。这种连接部分防止滑环松脱，提高了对于振动的抵抗力，延 长了使用寿命。

为此，根据本发明的交流发电机包括连接条和碳质滑环的模制单 元以及具有金属件所组成的电刷的电刷单元。

碳质滑环具有自润滑功能和低摩擦系数。与金属电刷配合的碳质 滑环保证了在高速下在稳定的磨损率范围内输送稳定的电流。因为， 由金属所组成的电刷减小了电刷与滑环外周缘相邻接部分的电阻，所 以电刷部分的面积可以做成较小，而不会引起温升，从而增长了电刷 的工作寿命。

本发明的另一个目的是提供一种交流发电机，这种交流发电机具 有风扇和滑环支承部分的整体模，因而减少了压模数量和组装时间。 当与风扇一体的滑环支承件的单元安装到转子铁心上时，可以同时安 装滑环和连接条。因此，可以缩短风扇单元、滑环支承件、滑环以及 连接条的安装时间，降低了产品的成本。

本发明的又一个目的是提供一种交流发电机，其中连接条的环形 件插接模制在滑环上，从而增强滑环的强度以及防止过大的应力加到 滑环上。

本发明的再一个目的是提供一种交流发电机，这种交流发电机具 有连接条，连接条插到滑环的部分有不平滑的粗糙表面，以增强滑环 和连接条的连接强度。

本发明的另外一个目的是提供一种长寿命的交流发电机，这种交 流发电机具有金属电刷，轻的弹簧加载就足以抑制振动。

本发明的还有一个目的是提供一种交流发电机，这种交流发电机 具有用以连接电刷和外连接端子的弹性件，从而省去了螺丝和铆钉， 且使电刷轻而紧凑。

根据本发明的一种交流发电机，包括：

机壳；

具有固定在所述机壳上的定子线圈和定子铁心的定子；

具有轴、磁场线圈和转子铁心，用以相对于所述定子旋转的转 子；以及

与所述轴同轴地配置在所述机壳和所述转子之间，用以向所述磁 场线圈输送电流的电连接单元，所述电连接单元包括碳质滑环、在所 述滑环上滑动的电刷、以及电连接所述磁场线圈和所述滑环的连接 条；其特征在于，

所述连接条包括其一端保持在所述碳质滑环中的插接件，从而保 证两者的机械和电气连接。

本发明的交流发电机具有减少零件数量，抑制振动，缩短风扇单 元、滑环元件、滑环以及连接条的安装时间，降成产品的成本等优点。

研究以下详细的说明书、所附的权利要求书以及附图，本发明的 其它目的、特征和特性以及本发明相关部件的功能就会显得更清楚。

附图中：

图1是例示根据本发明的第一实施例的车辆交流发电机的主要 部分的放大平面图；

图2是例示根据本发明的第一实施例的车辆交流发电机的总体 装配的剖视图；

图3是例示后机壳连同根据本发明的第一实施例的三相整流 器、电压调节器、以及电刷单元的平面图；

图4是例示根据本发明的第一实施例的滑环和电刷单元的透视 图；

图5是例示根据本发明的第一实施例而连接的滑环和连接条的 透视图；

图6是例示根据本发明的第二实施例而连接的滑环和连接条的 透视图；

图7是例示(现有技术)车辆用的传统交流发电机的剖视图；以 及

图8是例示(现有技术)车辆用的传统交流发电机的滑环单元的 透视图。

(第一实施例)

图1至5中示出了应用于车辆交流发电机的本发明的第一实施 例。

交流发电机1是由发动机通过多条V形皮带(未示出)予以驱动 的。交流发电机所产生的交变电流由三相整流器9整流成直流电流， 用来对蓄电池充电以及激励电气负载。交流发电机1是由机壳2、定 子3、转子4、滑环单元6、电刷单元8、三相整流器9以及电压调节 器10所组成的。

机壳2是由前机壳11和后机壳12所组成的，它们是用多个螺栓 13和螺帽14紧固的。前机壳11有一个预配合或嵌塞在凸台部分16 上的前轴承15，可转动地支承轴5的前(头)部分。后机壳12有一 个预配合在凸台部分18上的后轴承17，可转动地支承轴5的后(尾) 部分。前机壳11上环形地形成多个进气孔19，引入冷却空气，后机 壳12上也环形地形成多个进气孔20和排气孔21。支柱22是与前机 壳11的上部分整体地形成的，以固定到发动机的上支架(未示出)， 支柱23则是与其下部分整体地形成的，以固定到发动机的下支架(未 示出)。支柱24是与后机壳12的下部分整体地形成的，以固定到发 动机的下支架。这些支柱22-24具有供螺栓用的通孔25-27。

定子3是由固定在机壳2的内周面上的定子铁心31和绕定子铁 心31缠绕的三相定子线圈32所组成的。定子铁心31包括由磁性材 料的叠层簿片所组成的、预配合于前机壳11的内周面上的电枢铁心。 定子铁心31有许多以均匀间隔形成于其内周面上的槽(未示出)。 三相定子线圈32是三相电枢绕组，这些绕组连接成Y形接法或△形 接法，当转子4旋转时产生三相交流输出功率。定子线圈32的线圈 端部与三相整流器9的三相整流电路相焊接及连接。

转子4是由轴5、磁极铁心33、绕磁极铁心33所缠绕的磁场线 圈34、以及用以向磁场线圈34输送磁场电流的滑环单元6。磁极铁 心33是由铁磁材料所组成的，其中央绕有磁场线圈34。磁极铁心33 有若干爪形磁极35和若干爪形磁极36，当磁场电流输送到磁场线圈 34时，爪形磁极35就成为N极，爪形磁极36则成为S极。利用焊 接等方法把风扇单元7固定到爪形磁极36的背面，用以将冷却空气 吸入机壳2的内部。磁场线圈34经过线圈架绕磁极铁心33的中央部 分而缠绕，在供有磁场电流时使磁极铁心33磁化。磁场线圈34的相 对端部用焊接等方法与连接条42相连接。线圈架37是由绝缘树脂材 料所组成的，把磁场线圈34与磁极铁心33绝缘开来。

轴5是由机壳2的凸台部分16和18经过前后轴承15和17而可 旋转地支承的。

V形皮带轮38紧固在轴5的端部的垫圈面螺帽39和前轴承15 之间，用以将发动机的转矩传递给轴5。V形皮带轮38通过多条V 形皮带(未示出)与发动机输出轴所支承的多条V形皮带的皮带轮相 连接，且由后者予以驱动。磁性离合器可以配置在轴5和V形皮带轮 38之间。

图4例示滑环单元6和电刷单元8。

滑环单元6是由两个通过电刷单元8连接蓄电池、电压调节器10 和磁场线圈34的碳质滑环41以及两个与滑环41相连接的连接条42 所组成的。滑环41配置在轴5的外周缘的后部分。这些滑环41是由 作为主体结构的多孔铜合金所组成的，其中浸渍了诸如碳、天然石墨 或电气石墨的碳质粉末。每个滑环41是与其中一个连接条42一起形 成的。由于滑环41是由具有减小摩擦系数的自润滑性以及减少与电 刷51相接触的可能性的碳材料所组成的，因此与传统的金属滑环113 相比较，磨损率急剧下降。

各连接条42是由平板构成的，平板压制成具有沿轴5的径向延 伸的径向件421和平行于轴5的轴线从弯曲部分422向后延伸的轴向 件423。各径向件421的端部有一个弯曲的端子部分42a，如图1中 所示，端子部分42a利用焊接或熔接(电阻焊接)与磁场线圈34的 线圈端电连接。轴向件423的后部分有一个插接件42b，如图4和5 中所示，插接件42b插接模制在滑环41内，与之机械及电气连接。 为了增大接触面，插接件42b的上下表面通过喷砂处理、喷丸处理或 压制成形而加工成粗糙的，形成不平滑的表面42d，从而减小滑环41 和连接条42的连接电阻。

因此，不需要用以连接滑环和连接件42的额外空间，而且可以 将滑环41和插接件42b的连接部分做得较小。把连接条插接模制到 滑环41内能防止滑环41松脱，提高滑环41和插接件42b的连接部 分对振动的抵抗力。

与后滑环相连接的其中一个轴向件423有桥接部分42c，以避免 抵触前滑环41。

风扇单元7是用绝缘树脂材料与滑环41和连接条42制成一体 的。风扇单元7保护连接滑环41和磁场线圈34的连接件。风扇单元 7是由多片离心式风扇叶片43、支承风扇叶片43的环形风扇支承部 分44以及与滑环41插接模制成一体的圆柱形滑环支承件45所组成 的。支承部分44固定在磁极铁心33的后壁上，使连接条42的径向 件定位在那里。支承部分44有一个面向电刷单元8的环形凸部46。 滑环支承件45是用绝缘树脂材料与滑环41和连接条42的轴向件制 成一体的，且预配合到轴5的后侧的外周缘上。滑环支承件45也可 以与轴5模制成一体。

绝缘树脂材料是诸如酚醛树脂、即聚苯撑硫(PPS)、尼龙(PBT) 等具有高耐热性、高强度及高尺寸稳定性的材料。

风扇单元7、支承部分44和滑环支承件45的绝缘树脂材料的整 体化能使一个压模同时模制风扇单元7和滑环支承件45，从而减少了 压模数量。

当滑环支承件45预配合到轴5的外周缘上或与之一起模制时， 滑环41就能固定到轴5上。连接条42也可以固定到轴5的外周缘上。 因而能减少把它们安装到转子4上的时间，使车辆交流发电机1的生 产成本得以降低。

由于滑环支承件45覆盖了连接条42的插接件42b和滑环41的 大部分，因此滑环41和插接件42b的连接部分的连接强度能维持很 长时间。另外，同时能实现滑环41和连接条42与轴和其它部件的电 绝缘，因此，能在正常条件下保持滑环41和插接件42b的连接。

电刷单元8是由两个可在滑环41的外周缘上滑动的金属电刷 51、固定在机壳2上用以支承和保持电刷51的刷握52、以及插接模 制在刷握52内的连接端子53和54所组成的。如图3中所示，连接 端子53和54在绕滑环41的圆周线上配置成彼此隔开。

电刷51是通过冲压或压制成形诸如磷铜或铍等的弹性铜合金的 弹性叠片而制成。由于电刷51是由导电金属件所组成的，因此在不 牺牲导电性的前提下能减小电刷与滑环41相接触的部分，以致可以 抑制电刷51的温升，从而延长电刷51的寿命。

虽然滑环41是由碳质材料所组成的，但是滑环41与电刷51相 接触的部分是滑环41的整个周缘的一小部分，而且温升也不显著， 因而增长了滑环41的寿命。

各电刷51具有刷体55和从刷体55轴向向后朝刷握52延伸的 夹部分56。刷体55有两个从其两侧伸出与滑环41的外周缘相接触的 臂57和58。如图4中所述，两条臂57和58各自制成半圆形(马蹄 形)，由于两个接触件571和581之间的距离A(臂间距)与滑环41 的直径B的差(B-A)所引起的收缩而压靠在其中一个滑环41上。 接触件571和581配置成以由其自己的弹性所提供的接触压力而可在 滑环41的外周缘上滑动。

如图3和4中所示，电刷51的刷体55制成半圆形，使滑环压住 两个接触件571和581。因此，加到滑环41的外周缘上的电刷51的 接触压力的合成向量为零，以致无接触压力加到机械固定在连接端子 53和54的夹部分56上。如果沿电刷51的刷体55离开滑环41的方 向、即沿滑环41的径向产生过强的振动，离开的接触件571(581) 和停留的接触件581(571)保证了电刷51和滑环41的电连接，从而 向磁场线圈34输送稳定的磁场电流。

四个凸部57a、57b、58a和58b沿两个径向方向伸出，从接触件 571后581径向向外弯曲(经过倒角)。因此它们能沿轴向平滑移动， 使得电刷51的安装和拆除变得容易。夹部分56以利用弹簧特性的方 式电气及机械地固定到连接端子53和54上。如图4中所示，夹部分 56具有从刷体55的基部(顶部)55a轴向伸出的凸部56a以及卷曲 而形成有变形弹性的椭圆筒体的夹紧件56b和56c。夹部分56利用凸 部56a和夹紧件56b和56c握住连接端子53和54的各边缘部分，使 得各电刷51沿轴向彼此隔开，与对应的一个滑环41相接触。这样， 电刷51，尤其是刷体55就变得紧凑，而且只需要颇小的弹簧力，以 致其磨损率急剧变小。因此，即使电压调节器10配置在电刷51附近， 车辆交流发电机1的直径也能减小，其长度也能缩短。

当连接端子53和54与刷握52整体模制时，在模制后机械连接 连接端子53和54以及夹部分56，从而防止由于插接模制期间的温升 所引起的电刷51的耐磨性的下降。

根据机械设计手册，抗振性通常表达如下：

〔公式1〕 抗振性 {(k×弹簧加载)/(电刷重量)}+{弹簧重量}

因此，如果减轻电刷(刷体)的重量，就可以减少电刷的弹簧加 载。因此，电刷51能以高速(例如不低于10,000)在滑环41的外周 缘上滑动，从而保证了电刷51和滑环41有稳定的磨损和电力供应以 及足够长的寿命。

刷握单元52有一个由刷握59、轴承座60、从刷握59的前部轴 向延伸的圆柱形延伸部分61、以及后述的电压调节器10的外壳62 组成的整体模制单元。刷握59是由绝缘树脂材料模制成的，且整体 地固定连接端子53和54，使连接端子的端部分别朝相反方向延伸。 轴承座60支承后轴承17，其外周缘压配合于后机壳12的凸台18的 内周缘。这样，刷握59和轴承座60形成一个单元，其内容纳后轴承， 以消除否则会在刷握和后机壳之间所形成的间隙。

圆柱形延伸部分61和风扇单元7包围滑环41和电刷。延伸部分 61在面向风扇支承部分44的表面上设有环形槽63，容纳环形凸部 46。

因此，环形槽63和环形凸部46形成曲径汽封64，封闭容纳电 刷51和滑环41的空间S。

连接端子53的横截面呈L形，连接端子53是与电压调节器10 的磁场电流输出端子(未示出)整体形成的。连接端子54的横截面 呈倒L形，沿着与连接端子53相反的方向延伸。用固定螺钉72把它 与三相整流器9的直流输出端71相连接。连接端子53和54的边缘 部分加工成渐缩的，使得能插入夹部分56的凸部56a与夹紧件56b 和56c之间的空间。端子53和54是由诸如铝合金或铜合金的金属所 制成的。

三相整流器9是由直流输出端子71、正侧冷却翼片73、负侧冷 却翼片74、三个正侧二极管75、三个负侧二极管76和端子支承件77 所组成。正侧冷却翼片73是与负侧冷却翼片74整体形成的，使得它 们围绕刷握52，沿着后机壳12的侧壁而配置。正侧冷却翼片73经过 绝缘件(未示出)而固定到后机壳12的内侧壁上。负侧冷却翼片74 则通过后机壳12而体接地。

由绝缘树脂材料(例如PPS)所组成的端子支承件77整体的模 制了3个交流输入端子78，端子支承件77使正侧冷却翼片73与负侧 冷却翼片74绝缘开来。

电压调节器10是由诸如磁场电流输出端子等的各种外连接端子 (未示出)、集成电路(未示出)和外壳62所组成的。磁场电流输 出端子与诸如铜合金等的金属件模制成一体，用外壳62固定，且与 电刷51机械连接。

外壳62是由绝缘树脂材料(例如PPS)所组成的，与刷握单元 52成一体。其支架66固定到后机壳12。亦即是，外壳62把刷握单 元52和电刷51固定在后机壳12内，由环氧树脂所组成的外壳62内 容纳了包括集成电路在内的电气零件。因此，压模的数量减至1，而 且不需要用螺钉或焊接紧固外壳的额外空间。

当发动机转动转子及冷空气吸入机壳时，诸如水或尘的外来粒子 可能会一起吸入。尤其是，如果这种外来粒子通过进气孔20吸入后 机壳12时，它可能会到达滑环41和定子侧机壳的分界面。然而，滑 环41和电刷51的分界面所处的圆柱形空间S是用曲径气封64予以 密封的。

另一方面，在空间S中，由于滑环41和电刷51的摩擦所产生的 粉末不致于从空间S中外泄。

车辆交流发电机1的发电运行是众所周知的，因而予以省略。

(第二实施例)

如图6中所示，连接条42的轴向件423的插接件42制成圆环。 此外，将伸出的轴向件423加厚。

因而，与第一实施例相比较，滑环41和连接条42的接触面积和 连接强度大为增加。

当用树脂材料把滑环41和连接条42插接模制在滑环支承件45 上时，注模压力(例如在PPS和PBT的情况下为3kg/cm2)就加到 滑环41的环形插接件42b上。亦即是，插接件42b使加到碳质滑环 41上的压力减小到大约1/10。

插接件42b的粗糙上下表面是通过喷砂处理、喷丸处理或压制成 形而加工成的，以增大插接件与滑环41的接触面积，减小电阻。

(改型)

虽然有关上述实施例的描述是参照车辆交流发电机所组成的，但 是，这个实施例也可用于建筑物电站的固定的交流发电机。它也可用 于发电机-电动机。

轴5可以直接与发动机的输出轴相连接。在这种情况下，皮带轮 就可省去。具有一个以上诸如齿轮传动装置等的功率变换级的传动装 置或V形皮带型无级传动装置可以连接在轴5和发动机之间。轴5也 可以由电动机所驱动。

软辫线可以与各电刷形成一体，且采用独立的弹簧。

可以独立形成风风扇叶片片43、风扇支承部分44和滑环支承件 45。此外，风风扇叶片片43或风扇轴承部分44可由金属组成，且用 树脂材料与滑环插接模制。

可以独立形成刷握单元52、电压调节器10的外壳以及轴承座 60。可以只将刷握单元52和电压调节器10组合成一个单元。

风扇单元7和风风扇叶片片43可由轴流式风扇所代替。滑环单 元6、风扇单元7和电刷单元8可以装在前机壳11的内部，即机壳2 的磁极铁心33的前面。

在以上有关本发明的描述中，已经参照其特定的实施例揭示了本 发明。然而，在不脱离所附权利要求书所述的本发明更宽的范围和精 神的前提下，显然可以对本发明的实施例作各种改型和变化。因此， 这份文件中的本发明的说明书应看作例示性的，而不应看作限制性 的。