JP2007110777A - 車両用交流発電機 - Google Patents

Abstract

【課題】整流装置の冷却性を向上させることができ、製造が容易であってコストの上昇を抑える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】車両用交流発電機は、回転子と連動して回転する冷却ファンと、固定子巻線を有する固定子と、固定子巻線で発生する交流の起電力を直流に整流する整流装置５とを備える。整流装置５は、複数の正極側整流素子５０２および負極側整流素子５０４と、これらの整流素子が取付穴に圧入される金属製の正極側放熱フィン５０１および負極側放熱フィン５０３と、整流素子と取付穴の間に一部が挟持された正極側冷却板５０５および負極側冷却板５０６とを備える。
【選択図】図２

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。

車両用交流発電機には固定子巻線に誘起された交流電圧を整流する整流装置が備わっている。最近では、車載用の電子機器等の増加に伴って車両用交流発電機が高出力化される傾向にあり、出力電流が取り出される整流装置の温度が上昇している。このため、整流装置の温度を下げる工夫がなされている。例えば、整流装置の放熱フィンを単純な平板形状から表面に複数のサブフィンが形成された複雑な形状に変更することにより表面積を拡大して整流装置の温度低減を実現した車両用交流発電機が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００４−１４７４８６号公報（第１１−１４頁、図１−１５）

ところで、特許文献１に開示された車両用交流発電機に備わった整流装置の放熱フィンは、サブフィンが形成された複雑形状を有するため、例えばダイカストによって製造したり切削等の後加工が必要になるため、製造が容易でなく、製造コストが上昇す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、整流装置の冷却性を向上させることができ、製造が容易であってコストの上昇を抑える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、回転子と連動して回転する冷却ファンと、固定子巻線を有する固定子と、固定子巻線で発生する交流の起電力を直流に整流する整流装置とを備え、整流装置は、複数の整流素子と、これらの整流素子が取付穴に圧入される金属製の第１の放熱フィンと、整流素子と取付穴の間に一部が挟持された第２の放熱フィンとを備えている。第２の放熱フィンを追加することにより第１の放熱フィンと合わせた全体の放熱面積を拡大することができるため、冷却性を向上させることができる。また、第１の放熱フィンについては特に形状を複雑にする必要がないため板材をプレス加工することで製造することが可能であり、追加された第２の放熱フィンについては第１の放熱フィンに設けられた取付穴に整流素子を圧入する際に挟持するだけで固定されるため溶接等の別工程が不要であり、製造が容易であってコストの上昇を抑えることができる。

また、上述した第２の放熱フィンは、一部が整流素子と取付穴の間に配置され、残りの部分が第１の放熱フィンの表面から突出することが望ましい。これにより、第１の放熱フィンの表面に沿って流れる冷却風によって第２の放熱フィンを効率よく冷却することができる。

また、上述した第２の放熱フィンは、残りの部分が第１の放熱フィンの表面とほぼ平行であって離間した位置に配置されることが望ましい。これにより、第１の放熱フィンの表面から突出した第２の放熱フィンの高さを抑えることができるため、第１の放熱フィンの表面と垂直な方向の高さを低くすることができる。また、平行な部分については第１および第２の放熱フィンの間を冷却風が流れることになるため、これらの放熱フィンの放熱効果をさらに高めることが可能となる。

また、上述した第２の放熱フィンは、残りの部分が第１の放熱フィンの一方の面側に突出していることが望ましい。第１の放熱フィンの一方の面側のみに第２の放熱フィンを突出させることにより、この突出した側から第２の放熱フィンを挿入して組み付けを行うことが可能になり、整流装置を製造することが容易となる。

また、上述した取付穴は、第１の放熱フィンに設けられた貫通穴であり、第２の放熱フィンは、残りの部分が第１の放熱フィンの両面のそれぞれに突出していることが望ましい。これにより、第１および第２の放熱フィンを合わせた全体の放熱面積をさらに拡大することができ、冷却性をさらに向上させることができる。

また、上述した第２の放熱フィンは、整流素子を取付穴に圧入することで整流素子と取付穴の間に挟持されて固定されることが望ましい。これにより、整流素子を第１の放熱フィンに取り付ける際に同時に第２の放熱フィンの固定を行うことが可能になり、製造工程を簡略化することができる。

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、図面に基づいて詳細に説明する。図１は、一実施形態の車両用交流発電機の断面図である。図１に示すように、本実施形態の車両用交流発電機１は、エンジンからベルト（図示せず）およびプーリ１０を介して回転駆動される回転子２と、固定子巻線４１を備えて電機子として働く固定子４と、回転子２と固定子４とを一対の軸受け３ｃ、３ｄを介して支持するフロントフレーム３ａおよびリアフレーム３ｂと、固定子巻線４１で発生する交流の起電力を直流に整流する整流装置５と、回転子２の界磁コイル２２に界磁電流を供給するブラシを保持するブラシ装置７と、出力電圧を制御するレギュレータ９と、整流装置５やレギュレータ９やブラシ装置７等を覆うようにリアフレーム３ｂの端面に取り付けられる保護カバー８等を含んで構成されている。回転子２は、回転子磁極２４の軸方向端面に、外部から整流装置５を経由して冷却風を吸入する冷却風発生装置としての冷却ファン２６を備えている。冷却ファン２６は、回転子２と連動して回転する。

次に、整流装置５の詳細について説明する。図２は、整流装置５の断面構造を示す車両用交流発電機１の部分断面図である。整流装置５は、軸方向に２段に重ねられた金属製の正極側放熱フィン５０１、負極側放熱フィン５０３と、正極側放熱フィン５０１に取り付けられた正極側整流素子５０２および正極側冷却板５０５と、負極側放熱フィン５０３に取り付けられた負極側整流素子５０４および負極側冷却板５０６と、端子台５１３とを含んで構成されている。正極側放熱フィン５０１および負極側放熱フィン５０３が第１の放熱フィンに、正極側冷却板５０５および負極側冷却板５０６が第２の放熱フィンにそれぞれ対応している。また、正極側整流素子５０２、正極側冷却板５０５、負極側整流素子５０４、負極側冷却板５０６の数は、固定子巻線４１の相数に対応しており、本実施形態では三相の固定子巻線４１が用いられているため、相数と同じ３個あるいはその倍数である６個が備わっている。

端子台５１３は、正極側放熱フィン５０１と負極側放熱フィン５０３の間を電気的に絶縁する樹脂製絶縁部材であり、固定子４で発生する交流電圧を正極側整流素子５０２および負極側整流素子５０４に導くための導電部材５１４を内蔵している。正極側整流素子５０２は、リード部５１０が負極側放熱フィン５０３に向くように配置されており、負極側整流素子５０４は、リード部５１２が正極側放熱フィン５０１に向くように配置されている。

正極側整流素子５０２は、正極側放熱フィン５０１に形成された貫通穴としての取付穴に、正極側冷却板５０５とともに圧入されることにより固定されており、リード部５１０が端子台５１３の導電部材５１４に電気接続されている。同様に、負極側整流素子５０４は、負極側放熱フィン５０３に形成された貫通穴としての取付穴に、負極側冷却板５０６とともに圧入されることにより固定されており、リード部５１２が端子台５１３の導電部材５１４に電気接続されている。正極側放熱フィン５０１は、例えばアルミニウムの板材をプレス加工することによって形成されており、複数個の正極側整流素子５０２同士を電気的に接続する端子にもなっている。同様に、負極側放熱フィン５０３は、例えばアルミニウムの板材をプレス加工することによって形成されており、複数個の負極側整流素子５０４同士を電気的に接続する端子にもなっている。このように端子台５１３の導電部材５１４や正極側放熱フィン５０１、負極側放熱フィン５０３によって複数の正極側整流素子５０２および複数の負極側整流素子５０４による三相全波整流回路が構成されている。

正極側冷却板５０５は、金属製であり、一部が正極側整流素子５０２と正極側放熱フィン５０１の取付穴の間に配置され、残りの部分が正極側放熱フィン５０１の表面から突出している。具体的には、図２に断面形状を示すように、正極側冷却板５０５は、円筒部分（円筒形状を有する部分）５０５Ａとその端部から径方向外側に延伸する円盤部分（円盤形状を有する部分）５０５Ｂを有しており、円筒部分５０５Ａが正極側整流素子５０２と正極側放熱フィン５０１の取付穴の間に配置され、円盤部分５０５Ｂが正極側放熱フィン５０１とほぼ平行であって離間した位置に配置されている。また、この円盤部分５０５Ｂは、保護カバー８側であって、保護カバー８に設けられた冷却風の吸入窓８１の近傍に配置されている。

同様に、負極側冷却板５０６は、金属製であり、一部が負極側整流素子５０４と負極側放熱フィン５０３の取付穴の間に配置され、残りの部分が負極側放熱フィン５０３の表面から突出している。具体的には、図２に断面形状を示すように、負極側冷却板５０６は、円筒部分５０６Ａとその端部から径方向外側に延伸する円盤部分５０６Ｂを有しており、円筒部分５０６Ａが負極側整流素子５０４と負極側放熱フィン５０３の取付穴の間に配置され、円盤部分５０６Ｂが負極側放熱フィン５０３とほぼ平行であって離間した位置に配置されている。また、この円盤部分５０６Ｂは、リアフレーム３ｂ側であって、保護カバー８とリアフレーム３ｂの間に形成された吸入窓８２から導入された冷却風の通風路の途中に配置されている。

図２に矢印で示すように、保護カバー８と正極側放熱フィン５０１の間、正極側放熱フィン５０１と負極側放熱フィン５０３の間、負極側放熱フィン５０３とリアフレーム３ｂとの間には、回転子２に備わった冷却ファン２６の回転に伴って保護カバー８の外部から導入された冷却風が流れており、この冷却風によって正極側放熱フィン５０１および負極側放熱フィン５０３の冷却と同時に正極側冷却板５０５および負極側冷却板５０６が冷却される。

このように、本実施形態の車両用交流発電機１では、正極側冷却板５０５および負極側冷却板５０６を追加することにより、正極側放熱フィン５０１および負極側放熱フィン５０３と合わせた全体の放熱面積を拡大することができるため、冷却性を向上させることができる。また、正極側放熱フィン５０１および負極側放熱フィン５０３については特に形状を複雑にする必要がないため板材をプレス加工することで製造することが可能であり、追加された正極側冷却板５０５および負極側冷却板５０６については正極側放熱フィン５０１等に設けられた取付穴に正極側整流素子５０２等を圧入する際にこれらの間に挟み込んで挟持するだけで固定されるため溶接等の別工程が不要であり、整流装置５およびこれを用いた車両用交流発電機１全体の製造が容易であってコストの上昇を抑えることができる。

また、正極側冷却板５０５および負極側冷却板５０６は、円筒部分５０５Ａ、５０６Ａが正極側整流素子５０２等と取付穴の間に配置され、円盤部分５０５Ｂ、５０６Ｂが正極側放熱フィン５０１等の表面から突出している。これにより、正極側放熱フィン５０１等の表面に沿って流れる冷却風によって正極側冷却板５０５等を効率よく冷却することができる。円盤部分５０５Ｂ、５０６Ｂは、正極側放熱フィン５０１等の表面とほぼ平行であって離間した位置に配置されるため、正極側冷却板５０５および負極側冷却板５０６の高さを抑えることができ、回転子２の軸方向に沿った整流装置５の高さを低くすることができる。また、円盤部分５０５Ｂ、５０６Ｂと正極側放熱フィン５０１等との間を冷却風が流れることになるため、これらの放熱効果をさらに高めることが可能となる。

また、正極側冷却板５０５および負極側冷却板５０６は、正極側放熱フィン５０１等の一方の面側に突出しているため、この突出した側から正極側冷却板５０５等を挿入して整流装置５の組み付けを行うことが可能になり、整流装置５を製造することが容易となる。

また、正極側冷却板５０５および負極側冷却板５０６は、正極側整流素子５０２等を取付穴に圧入することで整流素子整流素子５０２と取付穴の間に挟持されて固定されるため、正極側整流素子５０２等を正極側放熱フィン５０１等に取り付ける際に同時に正極側冷却板５０５等の固定を行うことが可能になり、製造工程を簡略化することができる。

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、正極側放熱フィン５０１等の一方の面側に正極側冷却板５０５等を突出させたが、図３に示すように、正極側放熱フィン５０１等の両面側に正極側冷却板５０５等を突出させるようにしてもよい。これにより、正極側冷却板５０５および負極側冷却板５０６と正極側放熱フィン５０１および負極側放熱フィン５０３を合わせた全体の放熱面積をさらに拡大することができ、冷却性をさらに向上させることができる。

また、図４に示すように、正極側放熱フィン５０１等の反対の面側に正極側冷却板５０５等を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、正極側放熱フィン５０１に正極側冷却板５０５を取り付け、負極側放熱フィン５０３に負極側冷却板５０６を取り付けたが、いずれか一方のみを取り付けるようにしてもよい。また、上述した実施形態では、正極側冷却板５０５および負極側冷却板５０６の材質については説明しなかったが、正極側放熱フィン５０１および負極側放熱フィン５０３と同じ材質（例えばアルミニウム）としてもよいし、異種材質を用いるようにしてもよい。特に、正極側放熱フィン５０１および負極側放熱フィン５０３をアルミニウムで形成し、正極側冷却板５０５および負極側冷却板５０６をアルミニウムよりも良好な伝熱性を有する銅で形成するようにすれば、温度が高い正極側整流素子５０２および負極側整流素子５０４をより効果的に冷却することが可能となる。さらに、正極側放熱フィン５０１と負極側放熱フィン５０３の温度に差がある場合には、温度が高い方の放熱フィンのみに正極側冷却板５０５あるいは負極側冷却板５０６を取り付けるようにしてもよい。

なお、図３、図４に示すように、正極側冷却板５０５をリード部５１０側に円筒部分とその端部から径方向外側に延伸する円盤部分を有するように配置することによって、径方向上方からカーシャンプーや融雪塩の水滴などが到達しても、リード部に到達することを防止できるので、この部分での電解腐食を防止することにより発電機の信頼性を向上できることは、言うまでも無い。負極側冷却板５０６を図３、図４と同様に配置しても同様の信頼性向上の効果を持つことができる。

一実施形態の車両用交流発電機の断面図である。 整流装置の断面構造を示す車両用交流発電機の部分断面図である。 冷却板の変形例を示す図である。 冷却板の変形例を示す図である。

符号の説明

１ 車両用交流発電機
２ 回転子
３ａ フロントフレーム
３ｂ リアフレーム
４ 固定子
５ 整流装置
８ 保護カバー
２６ 冷却ファン
５０１ 正極側放熱フィン
５０２ 正極側整流素子
５０３ 負極側放熱フィン
５０４ 負極側整流素子
５０５ 正極側冷却板
５０６ 負極側冷却板

Claims (6)

1. 回転子と連動して回転する冷却ファンと、固定子巻線を有する固定子と、前記固定子巻線で発生する交流の起電力を直流に整流する整流装置とを備え、
   前記整流装置は、複数の整流素子と、これらの整流素子が取付穴に圧入される金属製の第１の放熱フィンと、前記整流素子と前記取付穴の間に一部が挟持された第２の放熱フィンとを備え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、
   前記第２の放熱フィンは、一部が前記整流素子と前記取付穴の間に配置され、残りの部分が前記第１の放熱フィンの表面から突出することを特徴とする車両用交流発電機。
3. 請求項２において、
   前記第２の放熱フィンは、前記残りの部分が前記第１の放熱フィンの表面とほぼ平行であって離間した位置に配置されることを特徴とする車両用交流発電機。
4. 請求項３において、
   前記第２の放熱フィンは、前記残りの部分が前記第１の放熱フィンの一方の面側に突出していることを特徴とする車両用交流発電機。
5. 請求項３において、
   前記取付穴は、前記第１の放熱フィンに設けられた貫通穴であり、
   前記第２の放熱フィンは、前記残りの部分が前記第１の放熱フィンの両面のそれぞれに突出していることを特徴とする車両用交流発電機。
6. 請求項１〜５のいずれかにおいて、
   前記第２の放熱フィンは、前記整流素子を前記取付穴に圧入することで前記整流素子と前記取付穴の間に挟持されて固定されることを特徴とする車両用交流発電機。
   

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