JP2006271014A - 車両用交流発電機 - Google Patents

Abstract

【課題】 低速回転時において電圧制御装置の冷却性を向上させるとともに、内部へ浸入する水の量を減らすことができる車両用交流発電機を提供すること。
【解決手段】 車両用交流発電機１００は、冷却ファン１７、１８とともに回転する回転子１０と、回転子１０に対向配置された固定子４と、固定子４から出力される交流電圧を整流して直流の出力電圧を生成する整流装置２４と、出力電圧を制御する電圧制御装置２５と、整流装置２４および電圧制御装置２５を覆うリアカバー２７とを備える。電圧制御装置２５は、自装置において発生した熱を放熱する冷却フィン２５２と、冷却フィン２５２が取り付けられる電圧制御装置本体２５０とを有する。冷却フィン２５２の一部がリアカバー２７の開口部２７０を通してリアカバー２７の外部に突出している。
【選択図】 図１

Description

本発明は、乗用車やトラック等に搭載される車両用交流発電機に関する。

一般に、車両用交流発電機の出力電圧を制御する電圧制御装置は、主に整流装置の保護を目的として設けられたフレームやリアカバー等のハウジング内に配置されており、この電圧制御装置に固定された冷却フィンも同じハウジング内に配置されている（例えば、特許文献１参照。）。このような構造を有する車両用交流発電機では、回転軸の回転に伴って発電制御装置の冷却フィンに外気（冷却風）が吸入され、冷却フィンの冷却が行われる。
特開２００５−１２８８６号公報（第３−６頁、図１−８）

ところで、特許文献１等に開示された従来の車両用交流発電機では、低速回転時には吸入される外気の風量が減少して電圧制御装置の冷却フィンの周囲を流れる冷却風の風量もも減少するため発電制御装置の温度が上昇するという問題があった。特に、低速回転時には整流装置も同時に冷却風量減少に伴う温度上昇が生じているため、ハウジング内の温度が高温になる。このため、発電制御装置の温度は、発電制御装置自身の発熱以外に周囲からの輻射熱によってますます高くなる。

近年、低速回転時の高出力化に伴い、低速回転時におけるハウジング内温度はさらに高温となる傾向にあり、電圧制御装置が受ける輻射熱も上昇する傾向にある。また、電圧制御装置の冷却フィンを低速回転時あるいはそれ以外の回転域において効率よく冷却するためには、特許文献１に開示されているように、冷却フィンの近傍に冷却風を取り入れるための開口部が形成する必要があるが、被水の多い車両に搭載された場合にはこの開口部を通してハウジング内に水が浸入しやすいという問題があった。当然ながら、ハウジング内に浸入する水の量が増加すると、ハウジング内の金属部分が腐食しやすくなるとともに、電気部品が被水することによる短絡などの不具合の原因となるため、ハウジング内に浸入する水の量を減らす対策が望まれている。

本発明は、このような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、低速回転時において電圧制御装置の冷却性を向上させるとともに、内部へ浸入する水の量を減らすことができる車両用交流発電機を提供することにある。

上述した課題を解決するために、本発明の車両用交流発電機は、冷却ファンとともに回転する回転子と、回転子に対向配置された固定子と、固定子から出力される交流電圧を整流して直流の出力電圧を生成する整流装置と、出力電圧を制御する電圧制御装置と、少なくとも整流装置および電圧制御装置を覆うハウジングとを備えており、ハウジングは、電圧制御装置に対応する位置に開口部を有し、電圧制御装置は、自装置において発生した熱を放熱する冷却フィンと、冷却フィンが取り付けられる電圧制御装置本体とを有し、冷却フィンの一部を開口部を通してハウジングの外部に突出させることが望ましい。これにより、低速回転時にハウジングの開口部から吸入される冷却風の風流が減少した場合であっても、ハウジングの外部に突出した冷却フィンを自然放熱により、あるいはエンジンの冷却ファンによって発生する強制的な冷却風の流れにより冷却することが可能になるため、低速回転時において電圧制御装置の冷却性を向上させることができる。また、ハウジングに形成された開口部から電圧制御装置の冷却フィンを突出させることによって、ハウジング外部から水が浸入するこの開口部の実質的な隙間が小さくなるため、ハウジング外部から内部に浸入する水の量を抑制することができる。

また、上述した冷却フィンは、電圧制御装置本体に当接するベース部と、ベース部に立設された複数のリブ状突起部とを有し、複数のリブ状突起部の端部位置をハウジングの外周面よりも外側に設定することが望ましい。このような構造の冷却フィンを有する電圧制御装置を用いることにより、電圧制御装置の冷却フィンを確実にハウジング外部に突出させることができ、低速回転時の冷却性を向上させることができる。また、高速回転時には隣接するリブ状突起部間の隙間を通して開口部からハウジング内部に冷却風を吸入することが可能になる。

また、上述したハウジングは、整流装置および電圧制御装置を覆うリアカバーであることが望ましい。これにより、整流装置や電圧制御装置等の電気部品をリアカバーで覆う構造を有する車両用交流発電機において、電圧制御装置の低速回転時の冷却性を向上させることができるとともに、リアカバー内に浸入する水の量を減らすことができる。

また、上述したハウジングに設けられた開口部の向きは、車両への搭載時に、地面に対してほぼ垂直方向であることが望ましい。車両用交流発電機の車両への搭載は、回転子の回転軸を地面とほぼ水平にするとともに、電圧制御装置に対応する位置に設けられたハウジングの開口部の向きを地面とほぼ垂直にして行われる場合が多い。このような場合にはハウジングの開口部から水が浸入しやすくなるが、冷却フィンをこの開口部から突出させることにより、ハウジング外部から直接飛来して開口部を通して浸入する水だけでなく、ハウジングの外周面を伝って開口部から浸入する水を排除することができる。

また、上述したハウジングに設けられた開口部は、回転子の回転軸よりも天方向側に配置されていることが望ましい。開口部が回転軸よりも天方向、すなわち車両用交流発電機の上半分側に開口部が配置されている場合には、開口部からの水が浸入すると被水する部品が多くなるが、このような開口部の配置を有する車両用交流発電機であっても開口部を通して浸入する水を減らすことによって各部品の被水の程度を軽くすることができ、被水に伴って各部品に発生する不具合を低減することができる。

以下、本発明を適用した一実施形態の車両用交流発電機について、図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、一実施形態の車両用交流発電機の全体構成を示す図である。図１に示す車両用交流発電機１００は、フロント側フレーム１、リア側フレーム２、固定子４、回転子１０、整流装置２４、電圧制御装置２５、ブラシ装置２６、リアカバー２７等を含んで構成されている。

フロント側フレーム１およびリア側フレーム２は、共に椀形状を有しており、これらの開口部同士を直接当接させた状態で、複数本のボルト３によって相互に固定されている。フロント側フレーム１の内周には固定子４が固定されている。また、フロント側フレーム１には円筒状のベアリングボックス７が一体に形成されており、リア側フレーム２には鉄製のベアリングボックス８がローレットを有するボルト９によって取り付けられている。

固定子４は、固定子鉄心５および固定子巻線６を備えている。回転子１０は、界磁巻線１１、ポールコア１２、１３、回転軸１４等を備えており、ベアリングボックス７、８に固定される一対のベアリング１５、１６により回転自在に保持されている。ポールコア１２、１３の軸方向端面には、遠心型の冷却ファン１７、１８が取り付けられている。フロント側の冷却ファン１７は、界磁巻線１１への冷却風を生成するために、ブレードが回転子１０の回転方向に対して前傾させた斜流式になっている。また、回転軸１４の前端にはプーリ１９がナット２０により結合されており、図示しない車両エンジンにより回転駆動される。さらに、リア側フレーム２の外側に位置する回転軸１４の後端には、一対のスリップリング２１、２２が設けられており、界磁巻線１１に電気的に接続されている。

整流装置２４、電圧制御装置２５、ブラシ装置２６等のいわゆる電気部品は、リア側フレーム２の外側の軸方向端面に、ボルト９等の固定手段によって固定されている。整流装置２４は、例えば三相の固定子巻線６の出力電圧である三相交流電圧を整流して直流の出力電圧に変換する。電圧制御装置２５は、界磁巻線１１に流れる励磁電流を調整することにより、車両用交流発電機１００の出力電圧を制御する。ブラシ装置２６は、整流装置２４から回転子１０の界磁巻線１１に励磁電流を流すためのものであり、回転子１０の回転軸１４に形成されたスリップリング２１、２２のそれぞれに押圧するブラシが備わっている。

リアカバー２７は、樹脂製（例えばナイロン製）の外殻部としての保護カバーであって、リア側フレーム２の外側に取り付けられる整流装置２４、電圧制御装置２５、ブラシ装置２６等の内部部品を覆って、これらを保護する。このリアカバー２７は、ナット２８によってリア側フレーム２から延びるボルト９に、整流装置２４を挟み込んだ状態で締め付け固定されている。なお、本明細書では、整流装置２４や電圧制御装置２５等の電気部品を覆う保護部材を総称してハウジングと称するものとする。したがって、本実施形態ではリアカバー２７がハウジングに相当する。また、リアカバー２７を用いずにリア側フレーム２によってこれらの電気部品を覆う構造を有する車両用交流発電機についてはリア側フレームがハウジングに相当する。

次に、電圧制御装置２５とリアカバー２７との関係を説明する。図１に示すように、本実施形態で用いられている電圧制御装置２５は、出力電圧の制御動作に必要な回路や各種端子を樹脂モールドした電圧制御装置本体２５０と、電圧制御装置本体２５０において発生した熱を放熱する冷却フィン２５２とを有している。また、この冷却フィン２５２は、電圧制御装置本体２５０に当接するベース部２５２ａと、ベース部２５２ａに立設された複数のリブ状突起部２５２ｂとを含んでいる。例えば、複数のリブ状突起部２５２ｂは、互いに平行で等間隔であって、回転軸１４を中心とした同心円の接線方向に沿って形成されている。

また、リアカバー２７は、電圧制御装置２５に対応する位置（特に冷却フィン２５２の複数のリブ状突起部２５２ｂに対応する位置）に開口部２７０を有している。本実施形態の車両用交流発電機１００では、発電制御装置２５の冷却フィン２５２の一部を、開口部２７０を通してリアカバー２７の外部に突出させている。すなわち、複数のリブ状突起部２５２ｂの高さを高くすることにより、複数のリブ状突起部２５２ｂの端部位置（ベース部２５２ａと反対側の先端位置）がリアカバー２７の外周面よりも外側になるように設定されている。

このように、電圧制御装置２５の冷却フィン２５２の一部を開口部２７０を通してリアカバー２７の外部に突出させることにより、低速回転時にリアカバー２７の開口部２７０から吸入される冷却風の風流が減少した場合であっても、リアカバー２７の外部に突出した冷却フィン２５２を自然放熱により、あるいはエンジンの冷却ファンによって発生する強制的な冷却風の流れにより冷却することが可能になるため、低速回転時において電圧制御装置２５の冷却性を向上させることができる。また、リアカバー２７に形成された開口部２７０から電圧制御装置２５の冷却フィン２５２を突出させることによって、リアカバー２７の外部から水が浸入するこの開口部２７０の実質的な隙間を小さくすることができるため、リアカバー２７の外部から内部に浸入する水の量を抑制することができる。

特に、冷却フィン２５２がベース部２５２ａと複数のリブ状突起部２５２ｂとを有する場合にこれら複数のリブ状突起部２５２ｂの端部位置をリアカバー２７の外周面よりも外側に設定することにより、冷却フィン２５２の一部をリアカバー２７の外部に確実に突出させることができる。しかも、高速回転時には隣接するリブ状突起部２５２ｂ間の隙間を通して開口部２７０からリアカバー２７の内部に冷却風を吸入することが可能になる。

ところで、本実施形態の車両用交流発電機１００は、図１に示す向きで車両に搭載されている。すなわち、リアカバー２７に設けられた開口部２７０の向きは、車両への搭載時に、地面に対してほぼ垂直方向となっている。このような配置を採用した場合には、開口部２７０から水が浸入しやすくなるが、電圧制御装置２５の冷却フィン２５２をこの開口部２７０から突出させることにより、リアカバー２７の外部から直接飛来して開口部２７０を通して浸入する水だけでなく、リアカバー２７の外周面を伝って開口部２７０から浸入する水を排除することができる。

また、図１に示すように、リアカバー２７の開口部２７０が回転軸１４よりも天方向、すなわち車両用交流発電機１００の上半分側に開口部２７０が配置されている場合には、この開口部２７０からの水が浸入すると被水する部品が多くなるが、このような開口部２７０の配置を有する車両用交流発電機１００であっても開口部２７０を通して浸入する水を減らすことによって各部品の被水の程度を軽くすることができ、被水に伴って各部品に発生する不具合を低減することができる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々の変形実施が可能である。上述した実施形態では、リアカバー２７の開口部２７０が回転軸１４と垂直に形成されており、電圧制御装置２５に備わった冷却フィン２５２の複数のリブ状突起部２５２ｂが回転軸１４と平行に形成されいる場合について説明したが、開口部２７０やリブ状突起部２５２ｂの向きを変更するようにしてもよい。

図２は、リアカバーの開口部と電圧制御装置のリブ状突起部のそれぞれの向きを変更した変形例の車両用交流発電機の部分的な構造を示す断面図である。図２に示す例では、リアカバー２７の開口部２７０ａが回転軸１４と平行に形成されており、電圧制御装置２５に備わった冷却フィン２５４の複数のリブ状突起部２５４ｂが回転軸１４と垂直に形成されいる。冷却フィン２５４の一部（リブ状突起部２５４ｂの先端側）がリアカバー２７の外部に突出している点は図１に示した車両用交流発電機１００と同じであり、低速回転時において電圧制御装置２５の冷却性を向上させることができるとともに、リアカバー２７の外部から浸入する水の量を抑制することができる。

また、上述した実施形態では、冷却フィン２５２の複数のリブ状突起部２５２ｂの先端側を全てリアカバー２７の外周面より外側に突出させたが、一部のみを突出させるようにしてもよい。例えば、搭載時に地面と反対の天方向に配置される一部のリブ状突起部２５２ｂのみをリアカバー２７の外周面より外側に突出させるようにしてもよい。

また、上述した実施形態では、リアカバー２７を用いて整流装置２４や電圧制御装置２５等の電気部品を覆うようにしたが、リア側フレーム２によってこれらの電気部品を覆う構造を有する車両用交流発電機にも本発明を適用することができる。この場合には、発電制御装置２５に対応するリア側フレーム２の一部に開口部を形成しておいて、この開口部から電圧制御装置２５の冷却フィン２５２の一部をリア側フレーム２の外周面より外側に突出させればよい。

一実施形態の車両用交流発電機の全体構成を示す図である。 リアカバーの開口部と電圧制御装置のリブ状突起部のそれぞれの向きを変更した変形例の車両用交流発電機の部分的な構造を示す断面図である。

符号の説明

１ フロント側フレーム
２ リア側フレーム
４ 固定子
１０ 回転子
２４ 整流装置
２５ 電圧制御装置
２６ ブラシ装置
２７ リアカバー
１００ 車両用交流発電機
２５０ 電圧制御装置本体
２５２ 冷却フィン
２５２ａ ベース部
２５２ｂ リブ状突起部
２７０ 開口部

Claims (5)

1. 冷却ファンとともに回転する回転子と、前記回転子に対向配置された固定子と、前記固定子から出力される交流電圧を整流して直流の出力電圧を生成する整流装置と、前記出力電圧を制御する電圧制御装置と、少なくとも前記整流装置および前記電圧制御装置を覆うハウジングとを備える車両用交流発電機において、
   前記ハウジングは、前記電圧制御装置に対応する位置に開口部を有し、
   前記電圧制御装置は、自装置において発生した熱を放熱する冷却フィンと、前記冷却フィンが取り付けられる電圧制御装置本体とを有し、
   前記冷却フィンの一部を前記開口部を通して前記ハウジングの外部に突出させることを特徴とする車両用交流発電機。
2. 請求項１において、
   前記冷却フィンは、前記電圧制御装置本体に当接するベース部と、前記ベース部に立設された複数のリブ状突起部とを有し、
   前記複数のリブ状突起部の端部位置を前記ハウジングの外周面よりも外側に設定することを特徴とする車両用交流発電機。
3. 請求項１または２において、
   前記ハウジングは、前記整流装置および前記電圧制御装置を覆うリアカバーであることを特徴とする車両用交流発電機。
4. 請求項１〜３のいずれかにおいて、
   前記ハウジングに設けられた前記開口部の向きは、車両への搭載時に、地面に対してほぼ垂直方向であることを特徴とする車両用交流発電機。
5. 請求項４において、
   前記ハウジングに設けられた前記開口部は、前記回転子の回転軸よりも天方向側に配置されていることを特徴とする車両用交流発電機。
   

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