JP2007068299A - 車両用回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】この発明は、薄板状のフィンに代えて断面円形の通風孔をヒートシンクに形成して、ヒートシンクの放熱性能を向上させ、優れた冷却性を有する小型の車両用回転電機を得る。
【解決手段】断面円形の多数の通風孔３０ａが孔方向を互いに平行とし、かつ、素子取付面１３ａと平行として吸気側開孔面１３ｂから排気側開孔面１３ｃに至るようにヒートシンク１３に穿設されている。このヒートシンク１３は、吸気側開孔面１３ｂを吸気孔２ａに相対して、かつ、通風孔３０ａの孔方向を冷却風の流れ方向Ａに一致させて配設されている。
【選択図】図１

Description

この発明は、車両のエンジンに取り付けられる車両用回転電機に関し、特に発熱素子に取り付けられ、発熱素子で発生される熱を効果的に放熱するヒートシンクの構造に関するものである。

従来の車両用回転電機は、アルミニウム製のフロントブラケットとリアブラケットとからなるケースと、このケースにベアリングを介して回転自在に配設されたシャフトと、このシャフトに固定されてケース内に収容された回転子と、この回転子の両端面に固定されたファンと、回転子を囲繞するようにケースの内壁面に固定された固定子と、シャフトのリア側に固定され、回転子に電流を供給するスリップリングと、このスリップリングに摺動するようにケース内に配設された一対のブラシと、このブラシを収納するブラシホルダと、固定子に電気的に接続され、固定子で生じた交流を直流に整流する整流器と、ブラシホルダに取り付けられたヒートシンクと、このヒートシンクに接着され固定子で生じた交流電圧の大きさを調整するレギュレータと、を備えている（例えば、特許文献１参照）。

ここで、整流器およびレギュレータは、回転電機が発電運転している間は常に発熱している。そのため、ヒートシンクは、複数の薄板状のフィンがベース面の裏面から突設して複数配列されて形成され、整流器およびレギュレータがそのベース面に取り付けられている。
そして、回転電機の運転状態において、回転子が回転駆動される。この回転子の回転に連動してファンが回転され、冷却風が生成される。ファンにより生成された冷却風がヒートシンクに通風される。そして、冷却風がフィン間を通過し、フィンと冷却風との間で熱交換され、整流器およびレギュレータで発生した熱が取り去られる。これにより、整流器およびレギュレータの温度が一定に維持され、回転電機が正常に動作する。

特許第３５２７５１６号公報

従来の車両用回転電機では、ヒートシンクを用いて整流器およびレギュレータを冷却させている。このヒートシンクの単位面積当たりの放熱特性を向上させることは、回転電機の動作の安定化につながるとともに、ヒートシンクの小型化、引いては回転電機の小型化に寄与する。
しかし、ヒートシンクは、薄板状のフィンをベース面の裏面に多数配列して形成されているので、フィンの加工上の制約から、放熱特性の向上には限界があった。

この発明は、上記課題を解決するためになされたもので、薄板状のフィンに代えて断面円形の通風孔をヒートシンクに形成して、ヒートシンクの放熱性能を向上させ、優れた冷却性を有する小型の車両用回転電機を得ることを目的とする。

この発明による車両用回転電機は、ケースの内部にシャフトを介して回転自在に配設された回転子と、上記ケースの内部に上記回転子の外周を取り囲むように配設された固定子と、ヒートシンクの素子取付面に取り付けられ、上記回転子の回転を電気的に制御する発熱素子と、上記ケースに穿設された吸気孔および排気孔と、上記回転子の軸方向端面に固着され、該回転子とともに回転して上記吸気孔から上記ケース内に吸気し、上記排気孔から上記ケース外に排気する冷却風の流れを生成するファンとを備えている。そして、断面円形の多数の通風孔が孔方向を互いに平行とし、かつ、上記素子取付面と平行として吸気側開孔面から排気側開孔面に至るように上記ヒートシンクに穿設されている。さらに、上記ヒートシンクが、上記吸気側開孔面を上記吸気孔に相対して、かつ、上記通風孔の孔方向を上記冷却風の流れ方向に一致させて配設されている。

この発明によれば、多数の断面円形の通風孔が孔方向を互いに平行としてヒートシンクに穿設されているので、薄板状のフィンに比べて、放熱面積および熱伝達率を大きくでき、放熱性能が向上される。そこで、整流器やレギュレータの過度の温度上昇が抑えられ、回転電機の安定した動作を実現できる。さらに、単位面積当たりの放熱特性が向上されるので、ヒートシンクの小型化が図られ、回転電機の小型化を実現できる。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係る車両用交流発電機を示す縦断面図、図２はこの発明の実施の形態１に係る車両用交流発電機におけるヒートシンクの構成を説明する斜視図、図３はこの発明の実施の形態１に係る車両用交流発電機におけるヒートシンクの放熱特性を説明する図である。なお、図１中、矢印Ａは冷却風の流れを示している。

図１において、車両用交流発電機は、それぞれ略椀形状のアルミニウム製のフロントブラケット１とリアブラケット２とからなるケース３と、このケース３に回転自在に支持されたシャフト４と、ケース３のフロント側に延出するシャフト４の端部に固着されたプーリ５と、シャフト４に固定されてケース３内に収容された回転子６と、この回転子６の軸方向の両端面に固定されたファン７と、回転子６の外周を囲繞するようにケース３の内壁面に固定された固定子８と、シャフト４のリア側に固定され、回転子６に電流を供給するスリップリング９と、このスリップリング９に摺動するようにケース３内に配設された一対のブラシ１０と、このブラシ１０を収納するブラシホルダ１１と、固定子８に電気的に接続され、固定子８で生じた交流を直流に整流する整流器１２と、ブラシホルダ１１に取り付けられたヒートシンク１５と、このヒートシンク１５に接着され固定子８で生じた交流電圧の大きさを調整するレギュレータ１４と、を備えている。

車両用交流発電機においては、整流器１２およびレギュレータ１４は、発電中は常に発熱している。そして、整流器１２およびレギュレータ１４の温度が過度に上昇すると、車両用交流発電機の動作が不安定になることから、ヒートシンク１３，１５が整流器１２およびレギュレータ１４に取り付けられ、整流器１２およびレギュレータ１４の温度を適切な値に保っている。
そして、リアブラケット２には吸気孔２ａおよび排気孔２ｂが多数穿設されている。そして、ファン７が回転駆動されると、外気が吸気孔ａからリアブラケット２内に吸気され、リアブラケット２内を流通した後、排気孔２ｂからリアブラケット２外に排気される冷却風の流れが生成される。この冷却風とヒートシンク１３，１５との間で熱交換が行われ、整流器１２およびレギュレータ１４が冷却される。

ここで、ヒートシンク１３（１５）は、図２に示されるように、例えば銅、アルミニウムなどを用いて直方体に作製された金属部材であり、その一面が素子取付面１３ａ（１５ａ）となっている。そして、多数の円形の通風孔３０ａが、孔方向を素子取付面１３ａ（１５ａ）と平行として、かつ、互いに平行として、ヒートシンク１３（１５）の素子取付面１３ａ（１５ａ）を挟んで相対する吸気側開孔面１３ｂ（１５ｂ）から排気側開孔面１３ｃ（１５ｃ）に貫通するように形成されている。これらの通風孔３０ａは、同一の直径を有し、孔方向と直交する断面内に千鳥状に配列されている。

このように構成されたヒートシンク１３，１５は、整流器１２を構成するダイオードやレギュレータ１４を構成するＩＣチップなどの発熱素子である半導体素子１６をその素子取付面１３ａ，１５ａに取り付け、吸気側開孔面１３ｂ（１５ｂ）を吸気孔２ａに相対して、通風孔３０ａの孔方向を冷却風の流れ方向に略一致させてケース３内に設置される。例えば、整流器１２を構成する半導体素子１６、即ちダイオードが素子取付面１３ａに取り付けられたヒートシンク１３は、吸気側開孔面１３ｂを吸気孔２ａに相対して、通風孔３０ａの孔方向をシャフト４の軸心と平行となるように設置されている。また、レギュレータ１４を構成する半導体素子１６、即ちＩＣチップが素子取付面１５ａに取り付けられたヒートシンク１５は、吸気側開孔面１５ｂを吸気孔２ａに相対して、通風孔３０ａの孔方向をシャフト４の軸心と直交し、かつ、シャフト４の軸心に向かうように設置されている。そして、冷却風導入壁１７が、リアブラケット２の内壁面からヒートシンク１３，１５の吸気側開孔面１３ｂ、１５ｂの近傍まで延設され、リアブラケット２の吸気孔２ａから吸気された空気をヒートシンク１３，１５の通風孔３０ａに導くようになっている。

このように構成された車両用交流発電機では、動作中、回転子６が回転駆動され、ファン７が回転子６に回転に連動して回転される。これにより、例えばリア側では、図１中矢印Ａで示されるように、外気がリアブラケット２に穿設された吸気孔２ａから吸気され、冷却風導入壁１７に案内されてヒートシンク１３，１５の吸気側開孔面１３ｂ、１５ｂまで流れ、通風孔３０ａ内に流入する。そして、冷却風（外気）は、ヒートシンク１３，１５の通風孔３０ａ内を流通する。この時、冷却風は、通風孔３０ａの内壁との間で強制対流熱伝達による熱交換を行い、半導体素子１６の熱が冷却風に吸熱される。そして、通風孔３０ａ内を流通した空気は、シャフト４に軸に沿って流れ、その後ファン７により遠心方向に曲げられ、固定子８のコイルエンドを通って排気孔２ｂから排出される。

つぎに、通風孔３０ａを有するヒートシンク１３の放熱性能について薄板状フィン２９ａを有する従来のヒートシンク２９と比較して説明する。
一般に、ヒートシンクの放熱能力（放熱量：Ｑ）は、放熱面積Ａ、ヒートシンクと冷媒（例えば、空気）との温度差ΔＴ、ヒートシンクと冷媒との間の強制対流熱伝達率ｈとすると、Ｑ＝Ａ×ｈ×ΔＴで表される。つまり、ΔＴを固定して考えると、ヒートシンクの放熱性能は、放熱面積（Ａ）あるいはヒートシンクと冷媒との間の強制対流熱伝達率（ｈ）を増加させることで向上されることがわかる。

まず、放熱面積について考える。
放熱面積に関して、ヒートシンク１３と従来のヒートシンク２９とを比較する。図３に示されるように、隙間Ｄ、高さＮ×Ｄの薄板状フィン２９ａ間に直径Ｄの円をＮ個積み重ねる。Ｎ個の円における（全周長／全面積）を計算すると、４／Ｄとなる。一方、薄板状フィン２９ａ間の空間（長方形）における（全周長／全面積）を計算すると、２×（Ｎ＋１）／（Ｎ×Ｄ）となる。両者を比較すると、Ｎ＞１の場合には、円の方が（全周長／全面積）の値が大きい。ヒートシンクに置き換えて考えると、（全周長／全面積）は（通風孔あるいは薄板状フィンの総内表面積）／（ヒートシンクの断面積）の指標であると言える。つまり、円の場合の（全周長／全面積）が薄板状フィンの場合より大きいということは、同一断面積のヒートシンクでは、断面円形の通風孔３０ａを有するヒートシンク１３は、薄板状フィン２９ａを有するヒートシンク２９より、放熱面積を大きくすることができることを意味する。

ついで、熱伝達率について考える。
一般に、管内部の単位面積当たりの伝熱性能（熱伝達率）は、管径が小さくなるほど大きくなる。図３に示されるように、矩形溝と、溝と同程度の大きさの径をもつ通風孔とを考えた場合、水力学的な管径（等価直径）は、小径の方が小さくなる。つまり、通風孔３０ａの内表面の熱伝達率の方が高いと言える。

このように、通風孔３０ａを有するヒートシンク１３と薄板状フィン２９ａを有する従来のヒートシンク２９とを同容積で比較した場合、ヒートシンク１３は、従来のヒートシンク２９より優れた放熱性能を有することが言える。また、ヒートシンク１３と同様に構成されているヒートシンク１５も、従来のヒートシンク２９より優れた放熱性能を有することが言える。

この実施の形態１によれば、断面円形の多数の通風孔３０ａが孔方向を素子取付面１３ａ，１５ａと平行とし、かつ、孔方向を互いに平行としてヒートシンク１３，１５に形成されているので、ヒートシンク１３，１５の放熱性能を高めることができる。そこで、整流器１２およびレギュレータ１４の温度が過度に上昇することがなく、安定して動作する車両用交流発電機を実現できる。さらに、ヒートシンク１３，１５の単位容積当たりの放熱性能が向上できるので、ヒートシンク１３，１５の小型化が図られ、ひいては車両用交流発電機の小型化を図ることができる。

また、通風孔３０ａが冷却風の流れ方向に直交する断面内で千鳥状に配列されているので、通風孔３０ａの径が同じならば、同一の断面積内で形成される通風孔３０ａの数を多くすることができる。そこで、通風孔３０ａの個数が増えることにより、通風孔３０ａの内表面積、つまりヒートシンク１３，１５の放熱面積が増加し、単位容積当たりの放熱性能を向上させることができる。
また、半導体素子１６がヒートシンク１３，１５の相対する吸気側開孔面１３ｂ、１５ｂおよび排気側開孔面１３ｃ、１５ｃを除く一つの面（素子取付面１３ａ，１５ａ）に取り付けられているので、発熱体である複数の半導体素子１６が比較的近接して配置される。そこで、複数の半導体素子１６の電気的配線などが合理化でき、車両用交流発電機の小型化を図ることができる。

ここで、ケース３内は、種々の部品が配設されており、それらの部品のレイアウトの都合上、ヒートシンク１３，１５の周囲には空間が空くこともある。薄板状フィン２９ａを有する従来のヒートシンク２９では、フィン２９ａ間に流入した冷却風は、ヒートシンク２９の周囲に空間が空いていなければ、そのままフィン２９ａ間を流れる。しかし、ヒートシンク２９の周囲に空間が空いており、その空間の流れの圧損抵抗がフィン２９ａ間の流れの圧損抵抗よりも小さい場合には、フィン２９ａ間に流入した冷却風は、フィン２９ａ間から空間に流れ出てしまう。これにより、フィン２９ａ間を流れる冷却風の風量が減少してしまい、ヒートシンク２９が所定の放熱性能を発揮できなくなる恐れがあった。

しかし、冷却風導入壁１７がリアブラケット２の内壁面からヒートシンク１３，１５の吸気側開孔面１３ｂ、１５ｂの近傍まで延設されているので、冷却風導入壁１７とヒートシンク１３，１５の吸気側開孔面１３ｂ、１５ｂとの隙間の流れの圧損抵抗は、通風孔３０ａ内の流れの圧損抵抗よりも十分に大きくなる。そこで、冷却風導入壁１７に案内されて吸気側開孔面１３ｂ、１５ｂまで流れてきた冷却風は、冷却風導入壁１７と吸気側開孔面１３ｂ、１５ｂとの隙間から空間側に流れ出ることなく通風孔３０ａに流入する。さらに、通風孔３０ａは吸入側および排気側開孔面１３ｂ、１５ｂを除いてヒートシンク１３，１５の周囲から隔離されているので、吸入側から通風孔３０ａに流入した冷却風は、途中でヒートシンク１３，１５の周囲に流れ出ることなく、通風孔３０ａ内を流通して排気側開孔面１３ｃ、１５ｃから流出する。これにより、吸気孔２ａから吸入された冷却風が効果的に熱交換に利用され、従来のヒートシンク２９に比べて、放熱効率が高められるので、整流器１２およびレギュレータ１４の温度が過度に上昇することがなく、安定して動作する車両用交流発電機を実現できる。

実施の形態２．
図４はこの発明の実施の形態２に係る車両用交流発電機におけるヒートシンクを開孔面側から見た端面図である。

図４において、半導体素子１６は、直方体に形成されているヒートシンク１３の吸気側開孔面１３ｂおよび排気側開孔面１３ｃを除く４つの面に取り付けられている。
なお、他の構成は上記実施の形態１と同様に構成されている。

多数の通風孔３０ａが、孔方向を素子取付面１３ａと平行として、かつ、互いに平行として、ヒートシンク１３の素子取付面１３ａを挟んで相対する吸気側開孔面１３ｂから排気側開孔面１３ｃに貫通するように形成されている。これらの通風孔３０ａは、孔方向と直交する断面内に千鳥状に配列されている。そこで、通風孔３０ａの孔方向（冷却風の流れ方向）に直交する断面内の熱伝導による熱の流れはほぼ等方的となり、ヒートシンク１３の相対する吸気側開孔面１３ｂおよび排気側開孔面１３ｃを除く他の４つの面を素子取付面１３ａとすることができる。
なお、ヒートシンク１３と同様に構成されているヒートシンク１５も、ヒートシンク１５の相対する吸気側開孔面１５ｂおよび排気側開孔面１５ｃを除く他の４つの面を素子取付面１５ａとすることができる。

一方、従来のヒートシンク２９では、素子取付面がベース面に限られているので、半導体素子１６の数が多くなると、ベース面を大きくする必要があり、ヒートシンク２９が大型化してしまう。

この実施の形態２では、ヒートシンク１３，１５の上記特性を利用して、半導体素子１６をヒートシンク１３、１５の相対する吸気側開孔面１３ｂ、１５ｂおよび排気側開孔面１３ｃ、１５ｃを除く他の４つの面に取り付けるようにしているので、ヒートシンク１３、１５の大型化を抑えて多数個の半導体素子１６を取り付けることができる。そこで、ケース３内の限られた空間内でのヒートシンク１３，１５の占める容積を最小限に抑え、車両用交流発電機の小型化を実現できる。

なお、上記実施の形態２では、半導体素子１６を４つの素子取付面に取り付けるものとしているが、半導体素子１６を２つ以上の素子取付面に取り付けるようにすれば、１つの取付面に取り付ける場合に比べ、ヒートシンクの小型化が図られる。

実施の形態３．
図５はこの発明の実施の形態３に係る車両用交流発電機におけるヒートシンクを開孔面側から見た端面図である。

図５において、ヒートシンク１３Ａでは、断面円形の多数の通風孔３０ｂが、孔方向を素子取付面１３ａと平行として、かつ、互いに平行として、素子取付面１３ａを挟んで相対する吸気側開孔面１３ｂから排気側開孔面に貫通するように形成されている。これらの通風孔３０ｂは、その直径が、素子取付面１３ａから離反する程大きくなるように形成されている。さらに、孔方向と直交する断面における通風孔３０ｂの占める割合、即ち空隙率が、通風孔３０ｂの径の大小に拘わらず、全面で一定となるように、隣り合う通風孔３０ｂ間の距離が調整されている。
なお、他の構成は上記実施の形態１と同様に構成されている。

ここで、同一径の通風孔３０ａが均一に形成されたヒートシンク１３においては、半導体素子１６で発生した熱は、熱伝導によりヒートシンク１３を伝わりながら、通風孔３０ａ内を流通する空気との対流熱伝達により取り去られる。この時、半導体素子１６から離れたヒートシンク１３の部分は、近接した部分に比べて、熱伝導で伝わる距離が長いので、温度が低下しやすい。そこで、当該部分では、通風孔３０ａ内を流通する空気との温度差が小さくなるため、対流熱伝達により取り去られる熱量が減少し、当該部分の放熱性能が低下する。

この実施の形態３では、孔方向と直交する断面の全面における空隙率を一定にしたまま、通風孔３０ｂの直径を素子取付面１３ａから離れるほど大きくしているので、全体の放熱能力への寄与が小さい素子取付面１３ａから離れた部分の放熱性能が小さくなるが、圧力損失が低減される。そして、圧力損失が減ることにより、ヒートシンク１３Ａを通過する冷却風の風量が増加する。これにより、放熱性能への寄与が大きい素子取付面１３ａに近接した部分の放熱能力が向上し、全体としてヒートシンク１３Ａの放熱能力を向上させることができる。
従って、ヒートシンク１３Ａを用いることにより、整流器１２およびレギュレータ１４の温度が過度に上昇することがなく、より安定して動作する車両用交流発電機を実現できる。

なお、上記実施の形態３では、通風孔３０ｂの直径が素子取付面１３ａから離反する程大きくなるように通風孔３０ｂを形成するものとしているが、通風孔３０ａの直径を同じくして、隣り合う通風孔３０ａ間の距離が素子取付面１３ａから離反する程短くなるように通風孔３０ａを形成するようにしてもよい。

実施の形態４．
図６はこの発明の実施の形態４に係る車両用交流発電機におけるヒートシンクを素子取付面側から見た上面図、図７はこの発明の実施の形態４に係る車両用交流発電機におけるヒートシンクを開孔面側から見た端面図である。

図６および図７において、ヒートシンク１３Ｂでは、多数の通風孔３０ａが、孔方向を素子取付面１３ａと平行として、かつ、互いに平行として、素子取付面１３ａを挟んで相対する吸気側開孔面１３ｂから排気側開孔面１３ｃに貫通するように形成されている。これらの通風孔３０ａは、同一の直径を有し、孔方向と直交する断面内に千鳥状に配列されている。さらに、ヒートシンク１３Ｂは、冷却風の流れ方向の中央から下流側の部分における孔方向と直交する断面積が、冷却風の流れ方向Ａの中央から上流側の部分より大きく形成されている。
なお、他の構成は上記実施の形態１と同様に構成されている。

ここで、同一径の通風孔３０ａが均一に形成されたヒートシンク１３において、半導体素子１６が冷却風の流れ方向Ａに１列に並んで素子取付面１３ａ上に取り付けられている場合、通風孔３０ａ内を流通する冷却風は、冷却風の流れ方向の上流側でヒートシンク１３と熱交換して温度上昇して下流側に流れる。つまり、通風孔３０ａ内を流れる冷却風の温度は、下流側ほど高くなる。そこで、下流側ではヒートシンク１３と温度の高い冷却風とが熱交換することになり、下流側の半導体素子１６の温度が上流側の半導体素子１６より高くなる。そのため、上流側と下流側とで半導体素子１６の温度に偏りが生じる恐れがある。

この実施の形態４では、冷却風の流れ方向の中央から下流側の部分における孔方向と直交する断面積が、冷却風の流れ方向の中央から上流側の部分より大きく形成されているので、ヒートシンク１３Ｂの冷却風の通過断面積は下流側が上流側より大きくなっている。
上流側における断面積（総通風孔内表面積）を小さく、下流側における断面積（総通風孔内表面積）を大きくすることは、上流側での流れの圧力損失が減り、ヒートシンク１３Ｂを通過する冷却風の風量が増加する。そして、下流側では、冷却風の風量および総通風孔内表面積が増えた分、冷却性能が向上する。そこで、上流側と下流側とで半導体素子１６の温度に偏りが生じなくなる。このように、限られたヒートシンク容積において、冷却風の流れ方向に配列された半導体素子１６の温度が均一となるように冷却することができる。

実施の形態５．
図８はこの発明の実施の形態５に係る車両用交流発電機をリア側から見た端面図である。

図８において、吸気孔２ａがヒートシンク１３Ｃの吸気側開孔面１３ｂと相対してリアブラケット２Ａに設けられ、リブ１８が吸気孔２ａを横切って、かつ、吸気側開孔面１３ｂと相対するようにリアブラケット２Ａに設けられている。また、ヒートシンク１３Ｃは、ヒートシンク１３と同様に、例えば銅、アルミニウムなどを用いて直方体に作製された金属部材であり、その一面が素子取付面１３ａとなっている。そして、断面円形の多数の通風孔３０ａ，３０ｃが、孔方向を素子取付面１３ａと平行として、かつ、互いに平行として、ヒートシンク１３Ｃの素子取付面１３ａを挟んで相対する吸気側開孔面１３ｂから排気側開孔面に貫通するように形成されている。これらの通風孔３０ａ，３０ｃは、孔方向と直交する断面内に千鳥状に配列されている。また、リブ１８と相対する領域における通風孔３０ｃは、その直径を他の領域における通風孔３０ａより大きく形成されている。
なお、他の構成は上記実施の形態１と同様に構成されている。

この実施の形態５によれば、リブ１８が吸気孔２ａを横切ってリアブラケット２Ａに設けられているので、吸気孔２ａ周りのリアブラケット２Ａの機械的強度が大きくなり、信頼性の高い車両用交流発電機を提供できる。

ここで、同一径の通風孔３０ａが均一に形成されたヒートシンク１３において、リブ１８が吸気側開孔面１３ｂに対応して配設されている場合、リブ１８と重なる部分の通風孔３０ａでは、リブ１８が冷却風の流れの圧力損失となり、リブ１８と重ならない部分の通風孔３０ａと比較して、冷却風が流入しにくくなる。そのため、ヒートシンク１３，１５のリブ１８と重なる部分の放熱性能が他の部分より悪くなり、整流器１２およびレギュレータ１４を均一に冷却できなくなる恐れがある。

この実施の形態５では、リブ１８と相対する領域における通風孔３０ｃの直径が他の領域における通風孔３０ａの直径より大きくなっているので、流れの圧力損失が他の領域より低減し、冷却風が通風孔３０ｃに流入しやすくなる。そこで、リブ１８を設けることによる通風孔３０ａ，３０ｃを通過する冷却風の風量の偏りが解消され、ヒートシンク１３Ｃの放熱性能を均一化することができる。

実施の形態６．
図９はこの発明の実施の形態６に係る車両用交流電動発電機を示す縦断面図、図１０はこの発明の実施の形態６に係る車両用交流電動発電機をリア側から見た端面図である。

図９および図１０において、車両用交流電動発電機は、それぞれ略椀形状のアルミニウム製のフロントブラケット１およびリアブラケット２と、フロントブラケット１およびリアブラケット２に回転自在に支持されたシャフト４と、ケース３のフロント側に延出するシャフト４の端部に固着されたプーリ５と、シャフト４に固定されてフロントブラケット１およびリアブラケット２内に収容された回転子６と、この回転子６の軸方向の両端面に固定されたファン７と、回転子６を囲繞するようにフロントブラケット１およびリアブラケット２の内壁面に固定された固定子８とを備えている。そして、スリップリング９が、リアブラケット２のリア側に延出するシャフト４の端部に固定され、一対のブラシ１０がブラシホルダ１１に収納されてスリップリング９に摺動するようにリアブラケット２の軸方向のリア側外方に配設されている。

また、パワー素子ユニット１９がリアブラケット２の軸方向のリア側外方に配設されている。パワー素子ユニット１９は、発電素子である複数のスイッチング素子２０を備えている。そして、複数のスイッチング素子２０は、ヒートシンク１３の素子取付面１３ａ上に取り付けられている。また、お椀状のインサートケース２１がブラシホルダ１１およびパワー素子ユニット１９を覆うようにリア側外方からリアブラケット２に取り付けられている。そして、制御回路が組み込まれた制御回路基板２２がインサートケース２１の制御回路基板収納部２１ａ内に収納され、さらにカバー２３が制御回路基板収納部２１ａを塞口するようにインサートケース２１に取り付けられている。

また、ケース吸気孔２１ｂがヒートシンク１３の吸気側開孔面１３ｂに相対するようにインサートケース２１に穿設され、冷却風導入壁１７がインサートケース２１の内壁面からヒートシンク１３の吸気側開孔面１３ｂの近傍まで延設されている。
なお、フロントブラケット１およびインサートケース２１がケースに相当する。

このように構成された車両用交流電動発電機では、車両のエンジンの始動時には、スイッチング素子２０がＯＮ／ＯＦＦ制御され、交流電流が固定子８の固定子巻線に供給され、界磁電流が回転子６の界磁コイルに供給される。これにより、回転子６が回転駆動され、シャフト４の回転力がプーリ５およびベルト（図示せず）を介してエンジンの出力軸に伝達され、エンジンが始動される。
エンジンが始動されると、エンジンの回転力がベルトおよびプーリ５を介してシャフト４に伝達され、シャフト４が回転される。そして、界磁電流がブラシ１０およびスリップリング９を介して界磁コイルに供給されると、界磁コイルが励磁されて電磁石となる。この状態で、回転子６が固定子８内を回転することにより、固定子巻線に順次交流電流が誘起される。そして、スイッチング素子２０がＯＮ／ＯＦＦ制御されて、この三相の交流電流が直流電流に整流され、バッテリが充電される。

このスイッチング素子２０はＯＮ／ＯＦＦ制御される際に、熱を発生する。この車両用交流電動発電機が正常に動作するためには、スイッチング素子２０で発生した熱を取り去る必要がある。
そして、車両用交流電動発電機の動作中、回転子６が回転駆動され、ファン７が回転子６に回転に連動して回転される。これにより、例えばリア側では、図９中矢印Ａで示されるように、外気がケース吸気孔２１ｂから吸気され、冷却風導入壁１７に案内されてヒートシンク１３の通風孔開孔面まで流れ、通風孔３０ａ内に流入する。そして、冷却風（外気）は、ヒートシンク１３の通風孔３０ａ内を流通する。この時、冷却風は、通風孔３０ａの内壁との間で強制対流熱伝達による熱交換を行い、スイッチング素子２０の熱が冷却風に吸熱される。そして、通風孔３０ａ内を流通した冷却風は、吸気孔２ａを通ってリアブラケット２内に流入し、ついでファン７により遠心方向に曲げられ、固定子８のコイルエンドを通って排気孔２ｂから排出される。

この実施の形態６では、ヒートシンク１３には、上記実施の形態１と同様に、多数の通風孔３０ａが孔方向を素子取付面１３ａと平行とし、かつ、孔方向を互いに平行として形成されているので、薄板状フィン２９ａを有する従来のヒートシンク２９に比べて、ヒートシンク１３の放熱性能を高めることができる。そこで、このヒートシンク１３を用いてスイッチング素子２０の熱を取り去っているので、放熱性に優れた制御装置一体型の車両用交流電動発電機を実現できる。
また、この実施の形態６においても、ヒートシンク１３の単位容積当たりの放熱性能が向上できるので、ヒートシンク１３の小型化が図られ、ひいては車両用交流電動発電機の小型化を図ることができる。

また、通風孔３０ａが冷却風の流れ方向に直交する断面内で千鳥状に配列されているので、上記実施の形態１と同様に、単位容積当たりの放熱性能を向上させることができる。
また、冷却風導入壁１７がインサートケース２１の内壁面からヒートシンク１３の吸気側開孔面１３ｂの近傍まで延設されているので、ケース吸気孔２１ｂから吸入された冷却風が効果的に熱交換に利用され、スイッチング素子２０の温度が過度に上昇することがなく、安定して動作する車両用交流電動発電機を実現できる。

なお、上記各実施の形態では、車両用回転電機として車両用交流発電機および車両用電動発電機に適用するものとして説明しているが、本発明は、車両用回転電機として車両用交流電動機に適用しても同様の効果を奏する。

この発明の実施の形態１に係る車両用交流発電機を示す縦断面図である。 この発明の実施の形態１に係る車両用交流発電機におけるヒートシンクの構成を説明する斜視図である。 この発明の実施の形態１に係る車両用交流発電機におけるヒートシンクの放熱特性を説明する図である。 この発明の実施の形態２に係る車両用交流発電機におけるヒートシンクを開孔面側から見た端面図である。 この発明の実施の形態３に係る車両用交流発電機におけるヒートシンクを開孔面側から見た端面図である。 この発明の実施の形態４に係る車両用交流発電機におけるヒートシンクを素子取付面側から見た上面図である。 この発明の実施の形態４に係る車両用交流発電機におけるヒートシンクを開孔面側から見た端面図である。 この発明の実施の形態５に係る車両用交流発電機をリア側から見た端面図である。 この発明の実施の形態６に係る車両用交流電動発電機を示す縦断面図である。 この発明の実施の形態６に係る車両用交流電動発電機をリア側から見た端面図である。

符号の説明

１ フロントブラケット、２ リアブラケット、２ａ 吸気孔、２ｂ 排気孔、３ ケース、４ シャフト、６ 回転子、７ ファン、８ 固定子、１３，１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ、１５ ヒートシンク、１３ａ，１５ａ 素子取付面、１３ｂ、１５ｂ 吸気側開孔面、１３ｃ、１５ｃ 排気側開孔面、１６ 半導体素子（発熱素子）、１７ 冷却風導入壁、１８ リブ、２０ スイッチング素子（発熱素子）、２１ インサートケース（ケース）、２１ｂ ケース吸気孔、３０ａ、３０ｂ、３０ｃ 通風孔、Ａ 冷却風の流れ方向。

Claims (8)

1. ケースの内部にシャフトを介して回転自在に配設された回転子と、上記ケースの内部に上記回転子の外周を取り囲むように配設された固定子と、ヒートシンクの素子取付面に取り付けられ、上記回転子の回転を電気的に制御する発熱素子と、上記ケースに穿設された吸気孔および排気孔と、上記回転子の軸方向端面に固着され、該回転子とともに回転して上記吸気孔から上記ケース内に吸気し、上記排気孔から上記ケース外に排気する冷却風の流れを生成するファンとを備えた車両用回転電機において、
   断面円形の多数の通風孔が孔方向を互いに平行とし、かつ、上記素子取付面と平行として吸気側開孔面から排気側開孔面に至るように上記ヒートシンクに穿設されており、
   上記ヒートシンクが、上記吸気側開孔面を上記吸気孔に相対して、かつ、上記通風孔の孔方向を上記冷却風の流れ方向に一致させて配設されていることを特徴とする回転電機。
2. 冷却風導入壁が、上記吸気孔から吸気された上記冷却風を上記吸気側開孔面に案内するように配設されていることを特徴とする請求項１記載の車両用回転電機。
3. リブが上記吸気側開孔面と対向するように上記吸気孔を横切って上記ケースに設けられ、上記リブと対向する上記通風孔の径が、上記吸気孔と対向する上記通風孔の径より大きく形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の車両用回転電機。
4. 上記発熱素子は、上記ヒートシンクの吸気側および排気側開孔面以外の一つの上記素子取付面に取り付けられ、上記通風孔が、孔方向と直交する上記ヒートシンクの断面上に千鳥状に配列して形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の車両用回転電機。
5. 上記発熱素子は、上記ヒートシンクの吸気側および排気側開孔面以外の少なくとも二つの上記素子取付面に取り付けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の車両用回転電機。
6. 上記発熱素子が、上記ヒートシンクの吸気側および排気側開孔面以外の一つの上記素子取付面に取り付けられ、上記通風孔はその径が上記素子取付面と垂直な方向に離れるほど大きくなるように形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の車両用回転電機。
7. 上記発熱素子が、上記ヒートシンクの吸気側および排気側開孔面以外の一つの上記素子取付面に取り付けられ、上記通風孔は隣り合う通風孔間の間隔が上記素子取付面と垂直な方向に離れるほど短くなるように形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の車両用回転電機。
8. 上記ヒートシンクは、孔方向と直交する断面積が冷却風の流れ方向の上流側に対して下流側を大きくするように形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の車両用回転電機。

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