JP2007074867A - 車両用交流発電機の電圧制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 冷却性を向上させることができるとともに安価に製造することができる車両用交流発電機の電圧制御装置を提供すること。
【解決手段】 車両用交流発電機の電圧制御装置２５は、制御回路部としての制御回路用ＩＣチップ２５１と、制御回路部に接着固定される放熱フィン２５３と、制御回路用ＩＣチップ２５１を封止樹脂によって封止固定するケース２５５とを備えており、放熱フィン２５３は、放熱面が凹凸のない金属性の平面形状を有する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、乗用車やトラック等に搭載されて出力電圧を制御する車両用交流発電機の電圧制御装置に関する。

車両用交流発電機に用いられている従来の電圧制御装置は、制御回路用ＩＣチップやトランジスタ等が配設された回路基板と、この回路基板に高熱伝導接着剤で接着された放熱フィンと、雄型コネクタが一体成型されたケース等を備えている（例えば、特許文献１−３参照。）。この放熱フィンは、使用環境や冷却風の流れ方等に応じて様々な形状を有しているが、上述した従来の電圧制御装置では、複数のリブ状突起を連続的に、かつ通風方向に平行に立設させた放熱フィンが用いられている。
特開平８−８５４０２号公報（第４−７頁、図１−８） 特開２０００−８３３５８号公報（第４−６頁、図１−７） 特開２００３−２４４９１３号公報（第３−５頁、図１−７）

ところで、上述した特許文献１−３に開示された電圧制御装置の放熱フィンは、複数のリブ状突起が連続的に通風方向に平行に立設された構造を有しているため、これらのリブ状突起間の通風路にダストや泥等の異物が挟まった場合に、通風経路が遮断されてしまい、所望の冷却性が確保できなくなるという問題があった。また、複数のリブ形状を有することによってより複雑な加工が必要となることもあり、安価に放熱フィンを製造することが困難であるという問題があった。

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、冷却性を向上させることができるとともに安価に製造することができる車両用交流発電機の電圧制御装置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の電圧制御装置は、制御回路部と、制御回路部に接着固定される放熱フィンと、制御回路部を封止樹脂によって封止固定するケースとを備えており、放熱フィンは、放熱面が凹凸のない金属性の平面形状を有している。放熱フィン表面の放熱面を凹凸のない平面形状とすることにより、放熱面に沿った通風路にダストや泥等の異物が挟まって堆積することを防止できるため、電圧制御装置とともに車両用交流発電機の冷却性を向上させることができる。また、リブ形状を有しない単純形状の放熱フィンを採用しているため、安価に放熱フィンを製造することできる。

また、上述した放熱フィンは、放熱面が四角形形状を有しており、車両用交流発電機の回転軸を中心とした径方向に対して、四角形形状の各辺が平行にならないように放熱フィンが配置されていることが望ましい。具体的には、径方向に対して、四角形形状の一方の対角線が直交するように放熱フィンが配置されていることが望ましい。あるいは、径方向に対して、四角形形状の一方の対角線が平行になるように放熱フィンが配置されていることが望ましい。放熱フィンの表面に沿って冷却風が流れたときに、冷却風の温度は上流から下流にいくにしたがって高くなる。したがって、径方向に沿って冷却風が流れる場合に、放熱フィンの面積が一定であるとすると、この冷却風の流れに対して放熱フィンを斜めに配置することで径方向に垂直な向きの長さを長くすることにより、径方向に沿った長さ（平均的な長さ）を短くすることができるため、放熱フィン表面を通過する冷却風の平均温度を下げることができ、冷却性をさらに向上させることができる。

また、上述した車両用交流発電機の回転軸を中心とした径方向に対して、放熱面が交差するように放熱フィンが配置されていることが望ましい。これにより、放熱フィンの放熱面に強制的に冷却風を当てることができるため、電圧制御装置の冷却性をさらに向上させることができる。

また、上述した径方向に対する放熱面の交差角度が４５°以下であることが望ましい。放熱フィンの放熱面に対して垂直に近い角度で冷却風を当てることにより放熱フィンの冷却性を最も高めることができるが、その場合には冷却風の流れが遮られる程度が高くなるため、車両用交流発電機全体の冷却性が低下する。そこで、放射面の交差角度（傾斜角度）を４５°以下として冷却風を遮る程度を緩和することにより、車両用交流発電機の冷却性の低下の程度を抑制しつつ電圧制御装置の冷却性の向上を図ることができる。

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、共に椀状の形状を有しており、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、シャフト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、シャフト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の外側に位置するシャフト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に導体２３を介して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のシャフト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、鋼板製もしくは樹脂製であって、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等の電気部品を覆って、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。また、リアカバー２７は、ブラシ装置２６の周辺に同心円状に形成されている冷却風導入窓を有している。上述した構造を有する車両用交流発電機１００は、ベルト等を介してプーリ１９に車両エンジンからの回転力が伝えられると回転子１０が所定方向に回転する。この状態で回転子１０の界磁巻線１１に外部から励磁電圧を印加することにより、ポールコア１２、１３のそれぞれの爪部が励磁され、固定子巻線６に三相交流電圧を発生させることができ、整流装置２４に設けられた出力端子からは所定の直流電流が取り出される。

また、回転子１０を所定方向に回転させることで、この回転子１０のリア側端面に固定された冷却ファン１８の回転により、リアカバー２７に設けられた吸気口２９から取り入れられた冷却風の軸方向の流れが生じ、リアカバー２７内に取り付けられた整流装置２４、電圧制御装置２５、ブラシ装置２６が冷却される。

次に、電圧制御装置２５の詳細について説明する。図２は、電圧制御装置２５の上面図である。また、図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。これらの図に示すように、本実施形態の電圧制御装置２５は、制御回路部としての制御回路用ＩＣチップ２５１と、この制御回路用ＩＣチップ２５１に高熱伝導接着剤２５２を用いて接着される放熱フィン２５３と、雄型コネクタ２５４が一体形成されるケース２５５とを備えている。制御回路用ＩＣチップ２５１には、回転子１０の界磁巻線１１に流す励磁電流を断続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励磁電流制御回路の他に、各種の異常検出回路等が含まれている。この制御回路用ＩＣチップ２５１は、低消費電力化による発熱量の低減および回路の小型化を図るために、少なくとも励磁電流制御回路をＭＯＳ−ＦＥＴを用いて構成することが望ましい。放熱フィン２５３は、放熱面が凹凸のない金属性の平面形状であって矩形形状を有している。この放熱フィン２５３は、アルミニウム板をプレス成形することにより製造される。また、ケース２５５は、制御回路用ＩＣチップ２５１を封止樹脂２５８によって封止固定している。

放熱フィン２５３および制御回路用ＩＣチップ２５１が整流装置２４に隣接するように配置されている。一般に、整流装置２４の発熱量の方が制御回路用ＩＣチップ２５１の発熱量よりも大きいため、リアカバー２７内の電気部品の冷却は、整流装置２４を主眼にして設計される。すなわち、整流装置２４の周囲に冷却風が集中するような場合であっても、本実施形態の構造では、この整流装置２４に隣接するように電圧制御装置２５の放熱フィン２５３や制御回路用ＩＣチップ２５１が配置されるため、整流装置２４を冷却するために流れる大量の冷却風によって同時に制御回路用ＩＣチップ２５１を効率よく冷却することが可能になる。

図４は、従来形状の放熱フィンを示す斜視図であり、本実施形態の放熱フィン２５３と比較するために示されている。図５は、図４に示す従来形状の放熱フィンに対応する冷却風の流れる方向を示す図である。図６は、本実施形態の放熱フィン２５３を示す斜視図である。図７は、図６に示す本実施形態の放熱フィン２５３に対応する冷却風の流れる方向を示す図である。

図５に矢印で示すように、従来形状の放熱フィン２６０では、リアカバー２７の吸気口２９から取り入れた冷却風をリブの長手方向に沿って流すことで冷却性を確保していた。一方、図６に示す本実施形態の放熱フィン２５３は凹凸のない平面状の形状を有しており、図４に示すようなリブを有していない。このため、図７に矢印で示すように、本実施形態の放熱フィン２５３では、リアカバー２７の吸気口２９から取り入れた冷却風の流れる方向が制限されず、３６０°のどの方向へも冷却風を流すことができる。なお、実際には、冷却ファン１８の回転に伴って吸気口２９から冷却風が吸入されるため、車両用交流発電機１００の径方向に沿って主に外径側から内径側に向かって冷却風が流れる。

図８は、放熱フィン２５３に沿って流れる冷却風の説明図である。図８に示すように、本実施形態では、車両用交流発電機１００のシャフト１４を中心とした径方向Ｒに対して、四角形形状の放熱フィン２５３の各辺が平行にならないように、具体的には、径方向Ｒに対して四角形形状の放熱フィン２５３の一方の対角線が平行になるように、放熱フィン２５３が配置されている。このような配置は、径方向Ｒと垂直な放熱フィン２５３の長さを長くするための工夫であり、四角形形状の放熱フィン２５３の一方の対角線が径方向Ｒに直交するように放熱フィン２５３を配置してもよい。

このように、放熱フィン２５３表面の放熱面を凹凸のない平面形状とすることにより、放熱面に沿った通風路にダストや泥等の異物が挟まって堆積することを防止できるため、電圧制御装置２５とともに車両用交流発電機１００の冷却性を向上させることができる。また、リブ形状を有しない単純形状の放熱フィンを採用しているため、安価に放熱フィンを製造することできる。

また、一般に、放熱フィン２５３表面に沿って冷却風が流れたときに、冷却風の温度は上流から下流にいくにしたがって高くなる。したがって、径方向に沿って冷却風が流れる場合に、放熱フィン２５３の面積が一定であるとすると、この冷却風の流れに対して放熱フィン２５３を斜めに配置することで径方向に垂直な向きの長さを長くすることにより、径方向に沿った長さ（平均的な長さ）を短くすることができるため、放熱フィン２５３表面を通過する冷却風の平均温度を下げることができ、冷却性をさらに向上させることができる。

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。例えば、上述した実施形態では、図２および図８に示すように、径方向Ｒに対して、四角形形状の放熱フィン２５３の各辺が平行にならないように放熱フィン２５３を配置したが、図９に示すように、各辺が平行になるように放熱フィン２５３を配置するようにしてもよい。このような配置を採用した場合であっても、放熱フィン２５３表面の放熱面を凹凸のない平面形状とすることにより、放熱面に沿った通風路にダストや泥等の異物が挟まって堆積することを防止できる効果に変わりはない。

また、上述した実施形態では、放熱フィン２５３の放熱面を径方向Ｒと平行に、すなわち、シャフト１４と直交する平面と平行に放熱面を配置したが、径方向Ｒに対して放熱面が交差するように放熱フィン２５３を配置するようにしてもよい。図１０は、放熱フィン２５３の配置を変更した電圧制御装置２５の変形例を示す断面図である。図１０に示す電圧制御装置２５Ａでは、車両用交流発電機１００の径方向Ｒと放熱フィン２５３の放熱面が所定角度θで交差している。この角度θは、放熱面に当たった冷却風を径方向へ効果的に流すために４５°以下とすることが望ましい。

このように、放熱フィン２５３の放熱面を傾斜させることにより、放熱面に強制的に冷却風を当てることができるため、電圧制御装置２５Ａの冷却性をさらに向上させることができる。一般に、放熱フィン２５３の放熱面に対して垂直に近い角度で冷却風を当てることにより放熱フィン２５３の冷却性を最も高めることができるが、その場合には冷却風の流れが遮られる程度が高くなるため、車両用交流発電機１００全体の冷却性が低下する。そこで、放射面の交差角度（傾斜角度）を４５°以下として冷却風を遮る程度を緩和することにより、車両用交流発電機１００の冷却性の低下の程度を抑制しつつ電圧制御装置２５Ａの冷却性の向上を図ることができる。

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。 電圧制御装置の上面図である。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。 従来形状の放熱フィンを示す斜視図である。 図４に示す従来形状の放熱フィンに対応する冷却風の流れる方向を示す図である。 本実施形態の放熱フィンを示す斜視図である。 図６に示す本実施形態の放熱フィンに対応する冷却風の流れる方向を示す図である。 放熱フィンに沿って流れる冷却風の説明図である。 電圧制御装置の変形例を示す図である。 電圧制御装置の変形例を示す図である。

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
２５１ 制御回路用ＩＣチップ
２５２ 高熱伝導接着剤
２５３ 放熱フィン
２５４ 雄型コネクタ
２５５ ケース

Claims (6)

1. 制御回路部と、前記制御回路部に接着固定される放熱フィンと、前記制御回路部を封止樹脂によって封止固定するケースとを備える車両用交流発電機の電圧制御装置において、
   前記放熱フィンは、放熱面が凹凸のない金属性の平面形状を有することを特徴とする車両用交流発電機の電圧制御装置。
2. 請求項１において、
   前記放熱フィンは、放熱面が四角形形状を有しており、
   前記車両用交流発電機の回転軸を中心とした径方向に対して、前記四角形形状の各辺が平行にならないように前記放熱フィンが配置されていることを特徴とする車両用交流発電機の電圧制御装置。
3. 請求項２において、
   前記径方向に対して、前記四角形形状の一方の対角線が直交するように前記放熱フィンが配置されていることを特徴とする車両用交流発電機の電圧制御装置。
4. 請求項２において、
   前記径方向に対して、前記四角形形状の一方の対角線が平行になるように前記放熱フィンが配置されていることを特徴とする車両用交流発電機の電圧制御装置。
5. 請求項１〜４のいずれかにおいて、
   前記車両用交流発電機の回転軸を中心とした径方向に対して、前記放熱面が交差するように前記放熱フィンが配置されていることを特徴とする車両用交流発電機の電圧制御装置。
6. 請求項５において、
   前記径方向に対する前記放熱面の交差角度が４５°以下であることを特徴とする車両用交流発電機の電圧制御装置。
   

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