JP2000245111A - 車両用交流発電機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】液冷式車両用交流発電機において電圧調整器の
冷却向上を実現する。 【解決手段】冷却手段に液冷方式を採用すると共に、前
記電圧調整器より発生する熱を前記液体に吸熱させるた
めの熱輸送部材を電圧調整器に熱的に接続して、電圧調
整器の発熱を効率よく冷却する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は車両用交流発電機に
係り、特に自動車用発電装置として好適な、電圧調整器
を備えた車両用交流発電機に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、車両用交流発電機の冷却方式は空
冷が主流を占めていた。空冷方式の車両用交流発電機に
取り付けられる電圧調整器としては、例えば平成８年１
０月１日に（株）山海堂より発行された「エンジン電装
品」の第３章に回転軸に同期した回転数で作動する冷却
ファンを備えた構成が開示されている。特に１４７頁に
は、近年の電圧調整器の一般的な構造例として、冷却フ
ィンを備えた電圧調整器とコネクタがインサート成形に
より一体化されている例が開示されており、冷却フィン
は発電機本体に対して外側に向くように配置されてい
る。

【０００３】これは、空冷方式においては冷却風を周囲
外気より発電機内部に吸い込むように送風機が配置され
ているためであり、電圧調整器のフィンを外側に配置す
ることで、発電機に取り込む冷却風が容易にフィン表面
を通過するようにしたものである。

【０００４】一方、低騒音化や出力・効率向上のニーズ
を背景として、液冷方式の車両用交流発電機が開発され
るようになった。この液冷式車両用交流発電機に取り付
けられる電圧調整器としては、例えば特開平7−194060
号公報に、電圧調整器を冷却するための冷却流路が発電
機の反プーリ側の側板に形成され、この側板上に電圧調
整器の放熱面が取り付けられた例が開示されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】かかる車両用交流発電
機によれば、液冷方式と空冷方式で、電圧調整器の放熱
面の向きがそれぞれ異なっているため、両冷却方式で共
有できる実装形態をとることが困難であり、部品の共有
化ができずに製品の低コスト化を妨げるという問題点が
あった。

【０００６】また、電圧調整器を反プーリ側の側板上に
取り付ける場合、ステータコイル及びダイオード等の許
容温度レベル・発熱量共に大きい部位からの発熱の影響
を受けて充分に冷却できないという問題点があった。

【０００７】本発明の目的は、車両用交流発電機の冷却
方式が異なる場合でも、電圧調整器の構成部品を共有化
し、かつ充分な冷却能力を有する電圧調整器を備えた車
両用交流発電機を得ることにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的は、先端部分に
複数個の爪部を形成した一対の対向配置された爪形磁極
と、前記爪形磁極を磁化させる界磁巻線と、前記回転子
と所定の間隔を隔てて配置され、前記爪形磁極の磁化に
より交流電圧を発生させる固定子巻線とを有する固定子
と、発生する交流電圧を整流するための整流器と、出力
電圧を一定に調整するための電圧調整器とを備えた車両
用交流発電機において、液体を冷媒とした熱交換器によ
って冷却を行う手段を有し、前記調整器より発生する熱
を前記液体に吸熱させるための熱輸送部材を電圧調整器
に熱的に接続することにより達成される。

【０００９】上記目的は、先端部分に複数個の爪部を形
成した一対の対向配置された爪形磁極と、前記爪形磁極
を磁化させる界磁巻線と、前記回転子と所定の間隔を隔
てて配置され、前記爪形磁極の磁化により交流電圧を発
生させる固定子巻線とを有する固定子と、発生する交流
電圧を整流するための整流器と、出力電圧を一定に調整
するための電圧調整器とを備えた車両用交流発電機にお
いて、液体を冷媒とした熱交換器によって冷却を行う手
段を有し、前記調整器より発生する熱を前記液体に吸熱
させるための熱輸送部材を電圧調整器に熱的に接続し、
前記熱輸送部材が発電機に設けられる冷却流路の一部を
形成することにより達成される。

【００１０】上記目的は、先端部分に複数個の爪部を形
成した一対の対向配置された爪形磁極と、前記爪形磁極
を磁化させる界磁巻線と、前記回転子と所定の間隔を隔
てて配置され、前記爪形磁極の磁化により交流電圧を発
生させる固定子巻線とを有する固定子と、発生する交流
電圧を整流するための整流器と、出力電圧を一定に調整
するための電圧調整器とを備えた車両用交流発電機にお
いて、液体を冷媒とした熱交換器によって冷却を行う手
段を有し、前記調整器より発生する熱を前記液体に吸熱
させるために前記調整器と熱輸送部材との間に良熱伝導
性を有する弾性部材を挿入することにより達成される。

【００１１】上記目的は、先端部分に複数個の爪部を形
成した一対の対向配置された爪形磁極と、前記爪形磁極
を磁化させる界磁巻線と、前記回転子と所定の間隔を隔
てて配置され、前記爪形磁極の磁化により交流電圧を発
生させる固定子巻線とを有する固定子と、発生する交流
電圧を整流するための整流器と、出力電圧を一定に調整
するための電圧調整器とを備えた車両用交流発電機にお
いて、液体を冷媒とした熱交換器によって冷却を行う手
段を有し、前記調整器より発生する熱を前記液体に吸熱
させるための熱輸送部材を電圧調整器に熱的に接続し、
固定子巻線の終端部が突出する側に前記熱輸送部材と電
圧調整器とが配置され、熱輸送部材と電圧調整器との接
続面が発電機の回転軸に対しほぼ垂直になるように配置
し、かつ熱輸送部材は発電機に対し外側に形成すること
により達成される。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の第１の実施形態を
図１を参照して説明する。

【００１３】図１に車両用交流発電機の全体構成を示す
縦断面図を示す。交流発電機１は２個のブラケットを備
え、このブラケットはプーリ側に配置されるフロントブ
ラケット１０３及び反プーリ側リアブラケット１０４か
らなる。両ブラケットの中心部にはシャフト１０１がベ
アリングを介して支持され、シャフト１０１の一方の端
部にはプーリ１０２が取り付けられ、もう一方の端部に
はスリップリング110が取り付けられている。プーリ１
０２は図示しないベルトを介してエンジンの出力軸に配
置されたプーリと接続され、エンジン２の回転数に比例
して回転する。スリップリング１１０にはブラシ１１１
が摺動可能に取り付けられ、ブラシ111から後述する界
磁巻線１０７に電力を供給する。また、シャフト１０１
の中央部には回転子（ロータ）が取り付けられており、
この回転子の外周部には爪形の形状を持つ一対の爪形磁
極１０８が配置されている。

【００１４】また、回転子の中心部には界磁巻線１０７
が巻かれ、この界磁巻線１０７にスリップリング１１０
からの直流電流を流すことによって前記爪形磁極１０８
を磁化させる。プーリ側フロントブラケット１０３と反
プーリ側リアブラケット104の間には固定子コア１０５
が内蔵されたハウジング１１５が配置され、この固定子
コア１０５の内周面は回転子の爪形磁極１０８表面と僅
かな間隔を隔てて配置されている。この間隔は機械的特
性の関係から必要となる予め決められた間隔であり、一
般的には０.４mm 程度である。

【００１５】固定子コア１０５にはティースとスロット
が配置され、この固定子コア１０５の凹部に相当するス
ロットには固定子巻線１０６が３相に巻かれており、エ
ンジンの駆動によって爪形磁極１０８が回転して磁化さ
れると、固定子巻線１０６に３相の誘起電圧が発生す
る。固定子コア１０５はハウジング１１５の内側にヤキ
バメにより固定されるが、固定子コア１０５のスロット
内の固定子巻線１０６の隙間およびエンドコイルには、
良熱伝導体１１６が充填され、結果的には固定子コア１
０５と固定子巻線１０６とハウジング１１５は良熱伝導
体１１６で一体的に成型されて熱的に接続されている。
ここで述べた、良熱伝導体は、例えば熱伝導率が１.０
Ｗ／ｍＫ よりも大きいシリコンゴム系のものや熱伝導
率の高いエポキシ樹脂等である。反プーリ側リアブラケ
ット１０４の内側には、整流回路を構成するダイオード
のモジュールであるダイオードのプラスフィン１０９ａ
とダイオードのマイナスフィン１０９ｂとが冷却水路１
１４を密閉するためのリアプレート１１２に固定されて
いる。

【００１６】ここで、発電電圧を調整するための電圧調
整器１１３は前記リアブラケット１０４に一定以上の接
触面圧を確保するように接触し、熱的に接続されてい
る。ダイオードのプラスフィン１０９ａは、図示しない
バッテリーのプラス電極に接続され、ダイオードのマイ
ナスフィン１０９ｂは交流発電機本体と同一電位となっ
ていて、図示しないバッテリーのマイナス端子側に電気
的に接続される。これらのダイオードは固定子巻線１０
６で発生した交流の誘起電圧を全波整流し直流電圧に変
換する。電圧調整器１１３は、バッテリーを充電するた
めにダイオードで整流した直流電圧が約１４.３Ｖ 程度
の一定電圧に保たれるよう、界磁巻線電流を制御する。

【００１７】以上のように構成した車両用交流発電機に
おいて、エンジン２の駆動によってプーリ１０２が回転
すると、シャフト１０１はスリップリング１１０及び回
転子と一緒に回転し、ブラシ１１１からの直流電流が回
転子内部の界磁巻線１０７に通電され、界磁巻線１０７
は爪形磁極１０８のそれぞれの磁極にＮ極及びＳ極を構
成するように動作する。この界磁巻線１０７による磁束
は、Ｎ極の爪形磁極の爪部から出たものが、固定子コア
１０５を通りＳ極の爪形磁極の爪部に戻る磁気回路を形
成する。この磁気回路の磁束が固定子巻線１０６を差交
することにより、固定子巻線１０６に３相の誘起電圧が
発生する。

【００１８】この３相の誘起電圧は先のダイオードプラ
スフィン１０９ａとマイナスフィン１０９ｂに配置され
たダイオード群により全波整流され直流電圧に変換され
て、整流された直流電圧は電圧調整器１１３で電圧調整
され、約１４.３Ｖ 程度の一定電圧に保たれる。ここ
で、発電電流を大幅に増加するために爪形磁極間に同極
が向かい合う方向に永久磁石を配置しても良い。本実施
例では図示していないが、冷却方式に水冷を採用し、低
速で発電しても冷却効果が期待できるために、極間に配
置する永久磁石には耐熱性の高いネオジム磁石を採用し
ている。

【００１９】車両用交流発電機において最も発熱量の大
きい固定子巻線１０６の発熱(銅損)に対する冷却につい
て説明する。先にも述べたように、固定子巻線１０６が
配置される固定子コア１０５はハウジング１１５にヤキ
バメにより固定され、熱をハウジング１１５に伝えやす
い構造としている。また、先にも説明したように固定子
巻線１０６の放熱向上のために固定子巻線１０６とハウ
ジング１１５の内面が熱的に接触させるように、熱伝導
の高い樹脂で熱の放熱経路を設けている。ハウジング１
１５の外周には軸方向に穴が複数個貫通しており、フロ
ントブラケット１０３とリアプレート１１２により水路
は密閉されジグザグ状に水路が構成されている。冷却水
はハウジング１１５の外周面のジグザグ状の水路を流れ
るように構成されており、固定子コア１０５の外周面か
ら冷却できるものである。

【００２０】また、回転子内部で発生する界磁巻線１０
７の銅損による発熱はフロントブラケット１０３とハウ
ジング１１５の反プーリ側の内側で、回転子の軸方向の
面に僅かなギャップで接する面で放熱できる構造であ
る。このように回転子の冷却に対して軸方向の面と外周
面を冷却水の通る水路１１４に間接的に接するように配
置することで、回転子全体の冷却を促進できる構成であ
る。

【００２１】また、図示していないが、本発明では、ハ
ウジング１１５に配置した水路は８本の偶数とし、水の
流れは反プーリ側から入りフロントブラケット１０３で
折り返し、また、反プーリ側に流れてプーリ側に折り返
すような４往復して反プーリ側から出ていくようにし
た。このように水路を偶数にすることで同一方向に給排
水の配管を設けることが出来、ラジエータホースのとり
回しが容易になる。また、給排水のホースジョイントを
反プーリ側に配置することでベルトに絡む可能性を大幅
に低減できる。

【００２２】図２は、図１に示した車両用交流発電機の
部分拡大図であり、電圧調整器の放熱経路について示し
たものである。図中矢印は熱の放熱経路を示したもので
あるが部品構成等については図１と同様なため、説明は
省略する。

【００２３】図２を用いて、電圧調整器１１３で発生す
る熱損失の冷却について説明する。先にも述べたよう
に、電圧調整器１１３は、電気回路を形成するＩＣ１１
９と放熱板１２０より構成され、放熱板１２０は、前記
リアブラケット１０４に一定以上の接触面圧を確保する
ように接触し、熱的に接続されている。このとき、リア
ブラケットの材質は良熱伝導性と軽量化の観点からアル
ミが好ましい。また、接触熱抵抗を低減するために、リ
アブラケットの電圧調整器接触面の表面粗さは、中心線
平均粗さで６.３μｍ 以下であることが望ましい。

【００２４】ＩＣ１１９から発生した熱は、直接接触し
ているリアブラケットへと移動し、さらにリアブラケッ
トから半径方向へ拡散しつつ、冷却水路１１４を密閉す
るためのリアプレート１１２に伝導し、最終的に冷却水
に吸熱されて冷却される。このため、発熱量と許容温度
レベルが共に大きい固定子巻線１０６やダイオードから
の発熱部位に干渉することなく冷却パスが形成されるた
め、ＩＣ１１９は良好に冷却される。

【００２５】しかも、この場合、電圧調整器１１３およ
びコネクタが一体インサート成形された空冷方式の部品
を共有することができるため、低コスト化にも有効であ
る。

【００２６】次に本発明の第２の実施形態を図３を参照
して説明する。図３は車両用交流発電機の部分拡大図で
あり、放熱板１２０とリアブラケット１０４との間に熱
伝導エラストマ１１７を配置したものを示したものであ
る。構成等は全て図２と同様であるために詳細な説明は
省略する。

【００２７】図３に示したように、放熱板１２０とリア
ブラケット１０４との間に熱伝導エラストマ１１７を配
置することで、直接接触時と比較して低い接触面圧およ
び大きい表面粗さでもＩＣ１１９からリアブラケット１
０４までの熱抵抗値を下げることができるため、ＩＣ１
１９の冷却が良好に行えるようになる。

【００２８】次に本発明の第３の実施形態を図４を参照
して説明する。図４は車両用交流発電機の部分拡大図で
あり、ＩＣ１１９に対して放熱板の代わりに取り付けら
れた放熱フィン１１８の先端部をリアブラケット１０４
に直接接触するように配置したものを示したものであ
る。構成等は全て図２および図３と同様であるために詳
細な説明は省略する。

【００２９】図４に示したように、ＩＣ１１９に対して
放熱板の代わりに取り付けられた放熱フィン１１８の先
端部をリアブラケット１０４に直接接触するように配置
することで、電圧調整器１１３の放熱面全体を直接接触
する場合と比較して高い接触面圧が得られるため、ＩＣ
１１９の冷却が良好に行えるようになる。

【００３０】しかも、この場合、電圧調整器１１３およ
びコネクタが一体インサート成形された空冷方式の部品
を放熱フィンも含めて完全に共有することができるた
め、低コスト化にも有効である。

【００３１】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、交
流発電機において異種の冷却方式が混在する場合でも部
品の共有化が図れるとともに、電圧調整器の冷却向上を
実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態による車両用交流発電
機の全体構成の縦断面図。

【図２】本発明の第１の実施形態による車両用交流発電
機の部分拡大図。

【図３】本発明の第２の実施形態による車両用交流発電
機の部分拡大図。

【図４】本発明の第３の実施形態による車両用交流発電
機の部分拡大図。

【符号の説明】

１…交流発電機、２…エンジン、４…ラジエータホー
ス、５…ラジエータ、６…冷却水ポンプ、３１，１０２
…プーリ、３２…ベルト、１０１…シャフト、１０３…
フロントブラケット、１０４…リアブラケット、１０５
…固定子コア、１０６…固定子巻線、１０７…界磁巻
線、１０８…爪形磁極、１０９ａ…ダイオードプラスフ
ィン、１０９ｂ…ダイオードマイナスフィン、１１０…
スリップリング、１１１…ブラシ、１１２…リアプレー
ト、１１３…電圧調整器、１１４…水路、１１５…ハウ
ジング、１１６…良熱伝導体、１１７…熱伝導エラスト
マ、１１８…放熱フィン、１１９…ＩＣ、１２０…放熱
板。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高野 雅美 茨城県ひたちなか市大字高場2520番地 株 式会社日立製作所自動車機器事業部内 (72)発明者 印南 敏之 茨城県ひたちなか市大字高場2520番地 株 式会社日立製作所自動車機器事業部内 Ｆターム(参考） 5H609 BB05 BB13 BB19 PP02 PP05 PP06 PP07 PP08 PP09 PP16 QQ04 QQ12 QQ18 QQ23 RR27 RR37 RR42 RR55 RR63 RR69 RR74

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】先端部分に複数個の爪部を形成した一対の
   対向配置された爪形磁極と、前記爪形磁極を磁化させる
   界磁巻線と、前記回転子と所定の間隔を隔てて配置さ
   れ、前記爪形磁極の磁化により交流電圧を発生させる固
   定子巻線とを有する固定子と、発生する交流電圧を整流
   するための整流器と、出力電圧を一定に調整するための
   電圧調整器とを備えた車両用交流発電機において、液体
   を冷媒とした熱交換器によって冷却を行う手段を有し、
   前記電圧調整器より発生する熱を前記液体に吸熱させる
   ための熱輸送部材を電圧調整器に熱的に接続したことを
   特徴とする車両用交流発電機。