JP2007209078A

JP2007209078A - 車両用交流発電機

Info

Publication number: JP2007209078A
Application number: JP2006022569A
Authority: JP
Inventors: Shinji Nishimura; 慎二西村; Wakaki Miyaji; 若木宮地
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2006-01-31
Filing date: 2006-01-31
Publication date: 2007-08-16
Also published as: DE102006040482A1; FR2896927A1; US20070176501A1; FR2896927B1; US7646120B2; DE102006040482B4

Abstract

【課題】雑音防止コンデンサの発熱量が抑制されて雑音防止コンデンサの寿命が長くなる等の車両用交流発電機を得る。
【解決手段】この発明に係る車両用交流発電機では、ケースと、このケース内に設けられシャフトに固定された回転子と、この回転子を囲むようにして設けられ回転子からの回転磁界により交流が生じる固定子と、前記シャフトの端部に設けられ前記固定子で生じる前記交流を直流に整流する整流器１４と、この整流器１４のプラス側とマイナス側との間に接続され整流器１４で直流に整流される際に生じるノイズを吸収する雑音防止コンデンサ５５とを備えた車両用交流発電機において、雑音防止コンデンサ５５と直列に雑音防止コンデンサ５５に流れる電流を抑制するカーボン抵抗５６が接続されている。
【選択図】図２

Description

この発明は、固定子で生じた交流を直流に整流する整流器を備えた車両用交流発電機に関するものである。

従来の車両用交流発電機として、ケース内に設けられシャフトに固定されている回転子と、この回転子を囲むようにして設けられ回転子からの回転磁界により交流が生じる固定子と、前記シャフトの端部側に設けられ前記固定子で生じる前記交流を直流に整流する整流器と、この整流器のプラス側とマイナス側との間に設けられ整流器で直流に整流される際に生じる、ラジオ電波に悪影響を与える高周波のノイズを吸収する雑音防止コンデンサとを備え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）。

実公昭５８−４３４２３号公報

上述した車両用交流発電機では、整流器において整流リップル電圧が生じるために、雑音防止コンデンサには電流が流れ、雑音防止コンデンサの発熱により雑音防止コンデンサの寿命が短くなってしまうという問題点があった。
また、近年、車両用交流発電機の発電容量が大きくなっており、バッテリと車両用交流発電機との間の接続配線のインピーダンスも小さくなっている。そのため、例えば、最後にバッテリのマイナス端子と車体からのマイナスケーブルとを接続して、車両用交流発電機とバッテリとを電気的に接続する際に、雑音防止コンデンサに突入電流が流れ、バッテリのマイナス端子とマイナスケーブルの先端部との間で火花が発生し、バッテリのマイナス端子を劣化させるという問題点もあった。
さらに、雑音防止コンデンサにより、整流時の急峻な転流サージ電圧を抑制することができるものの、新たに車載電気機器に悪影響を与える振動波形が生じてしまうという問題点もあった。

この発明は、上述のような問題点を解決するためになされたものであって、雑音防止コンデンサの発熱量が抑制されて雑音防止コンデンサの寿命が長くなるとともに、車両用交流発電機とバッテリとを電気的に接続する際の雑音防止コンデンサへの突入電流を低減してバッテリの端子に生じる火花の発生を抑制し、また振動波形を抑制することができる車両用交流発電機を得ることを目的とするものである。

この発明に係る交流発電機では、ケースと、このケース内に設けられシャフトに固定された回転子と、この回転子を囲むようにして設けられ回転子からの回転磁界により交流が生じる固定子と、前記シャフトの端部に設けられ前記固定子で生じる前記交流を直流に整流する整流器と、この整流器のプラス側とマイナス側との間に接続され整流器で直流に整流される際に生じるノイズを吸収する雑音防止コンデンサとを備えた車両用交流発電機において、前記雑音防止コンデンサと直列に前記雑音防止コンデンサに流れる電流を抑制する抵抗手段が接続されている。

この発明に係る交流発電機によれば、雑音防止コンデンサの発熱量が抑制されて雑音防止コンデンサの寿命が長くなるとともに、車両用交流発電機とバッテリとを電気的に接続する際の雑音防止コンデンサへの突入電流を低減してバッテリの端子に生じる火花の発生を抑制し、また振動波形を抑制することができる。

以下、この発明の各実施の形態について図に基づいて説明するが、各図において、同一または相当部材、部位については同一符号を付して説明する。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１の車両用交流発電機（以下、交流発電機と略称する）を示す側断面図、図２は図１の交流発電機の電気回路図である。
この交流発電機では、アルミニウム製のフロントブラケット１及びリヤブラケット２から構成されたケース３内に、一端部にプーリ４が固定されたシャフト５が回転自在に設けられている。このシャフト５にはランドル型の回転子６が固定されている。回転子６の外周には回転子６を囲むようにして固定子９がケース３の内壁面に固定されている。
シャフト５の他端部には、回転子６に電流を供給するスリップリング１０が固定されている。このスリップリング１０の表面には、ブラシホルダ１２内に収納された一対のブラシ１１が摺接するようになっている。
ブラシホルダ１２には、固定子９で生じる交流電圧の大きさを調整する電圧調整器１３が固定されている。また、リヤブラケット２内には、固定子９に電気的に接続され交流を直流に整流する整流器１４が設けられている。
フロントブラケット１には、内径側に複数の吸入孔１ａが形成され、外径側に複数の排出孔１ｂが形成されている。リヤブラケット２には、内径側に複数の吸入孔２ａが形成され、外径側に複数の排出孔２ｂが形成されている。

上記回転子６は、電流を流して磁束を発生する回転子コイル１５と、この回転子コイル１５を覆って設けられたポールコアと、プーリ４側のポールコアの端面に固定されたフロント側ファン７と、反プーリ４側のポールコアの端面に固定されたリヤ側ファン８とを備えている。このポールコアは、磁束によりＮ極、Ｓ極に着磁されるフロント側ポールコア体１６及びリヤ側ポールコア体１７を備えている。フロント側ポールコア体１６及びリヤ側ポールコア体１７は、それぞれ爪形状で互いに噛み合ったフロント側爪状磁極１８、リヤ側爪状磁極１９を有している。

上記固定子９は、回転子６からの回転磁界が通る固定子コア２０と、この固定子コア２０の内径側に設けられた固定子コイル２１とを備えている。鋼板を積層して構成された固定子コア２０の内径側には、軸線方向に延びて形成されたスロットが全周にわたって等分間隔で複数設けられている。
固定子コイル２１は、図２に示すように、３つの巻線部５０が３相Ｙ形結線された二つの３相交流巻線により構成され、二つの３相交流巻線には位相差が与えられている。

上記整流器１４は、馬蹄形をしたアルミニウム製の第１のヒートシンク３０と、この第１のヒートシンク３０の表面上に周方向に間隔をおいて配置された直方体形状の第１の一方向性通電素子体３１と、この第１のヒートシンク３０の径方向の外側に配置され馬蹄形をしたアルミニウム製の第２のヒートシンク３２と、この第２のヒートシンク３０上に周方向に間隔をおいて配置された直方体形状の第２の一方向性通電素子体３３と、この第２の一方向性通電素子体３３を覆って設けられ馬蹄形をしたサーキットボード３４とを備えている。
アルミニウム製の第１のヒートシンク３０の裏面上には複数の放熱性フィン３０ａが放射状に形成されている。第１の一方向性通電素子体３１は、ダイオードが絶縁性樹脂によりインサートモールド成形で形成されている。
アルミニウム製の第２のヒートシンク３２の裏面の一部はリヤブラケット２と面接触している。第２の一方向性通電素子体３３は、ダイオードが絶縁性樹脂によりインサートモールド成形で形成されている。
サーキットボード３４は、複数のターミナル３５がインサートモールド成形されて形成されている。このターミナル３５により、第１の一方向性通電素子体３１と第２の一方向性通電素子体３３とはブリッジ回路を構成するように接続されている。また、ターミナル３５により、固定子コイル２１と整流器１４は接続されている。

図３は図１の要部拡大断面図であり、リヤブラケット２の内壁面には、ブラシホルダ１２のフランジ５１がねじ５２により固定されている。この樹脂製のフランジ５１には、鉄製の接続配線５３が埋設されている。この接続配線５３の一端部は、ねじ５２と電気的に接続されている。接続配線５３の他端部は、バッテリ５４及び電圧調整器１３と電気的に接続されている。接続配線５３には、雑音防止コンデンサ５５及び抵抗手段であるカーボン抵抗５６が直列に介在している。雑音防止コンデンサ５５は、静電容量が０．５〜３．５μＦの値のものであり、整流器１４で直流に整流される際に生じる、ラジオ電波に悪影響を与える高周波のノイズを吸収する機能を有している。
カーボン抵抗５６は、静電容量が上限値３．５μＦ以上の値でもノイズの吸収機能の点で問題はないが、高コスト及び容積の増大を避けるために、３．５μＦを定めている。
なお、図２の符号５７は、電気負荷を示している。

上記構成の車両用交流発電機では、バッテリ５４からブラシ１１、スリップリング１０を通じて回転子コイル１５に電流が供給されて磁束が発生し、爪状磁極１８、１９には、それぞれＮ極、Ｓ極が生じる。
一方、エンジンによってプーリ４は駆動され、シャフト５によって回転子６が回転するため、固定子コア２０には回転磁界が与えられ、固定子コイル２１には起電力が生じる。
この交流の起電力は、回転子６に流れる電流を調整する電圧調整器１３によりその大きさが調整される。また、この交流の起電力により生じる交流は、整流器１４を通って直流に整流されて、バッテリ５４に充電される。

回転子６の端面に固定されたリヤ側ファン８の回転により、リヤブラケット２側においては、外気は、吸入孔２ａを通じて吸い込まれ、図１中の矢印Ａで示されるように、整流器１４を冷却し、その後端子側接続部４０、固定子コイル２１のコイルエンドを冷却した後、排出孔２ｂから外部に排出される。また、図１中の矢印Ｂで示されるように、外気は、電圧調整器１３を冷却し、その後固定子コイル２１を冷却した後、排出孔１ｂから外部に排出される。
また、図１中の矢印Ｃ、Ｄで示されるように、フロントブラケット１側においては、外気は、吸入孔１ａを通じて吸い込まれた後フロント側ファン７により遠心方向に曲げられて固定子コイル２１のコイルエンドを冷却し、排出孔１ｂから外部に排出される。

上記実施の形態による交流発電機では、整流器１４で整流された出力電圧は、変動があり、特に高周波成分を雑音防止コンデンサ５５は吸収するが、そのために雑音防止コンデンサ５５には交流電流が流れる。この雑音防止コンデンサ５５は、誘電体であり、誘電正接で表される損失を生じて発熱する。
しかしながら、この交流発電機は、雑音防止コンデンサ５５と直列にカーボン抵抗５６が接続されているので、雑音防止コンデンサ５５に流れる電流量は低減され、雑音防止コンデンサ５５での発熱量は抑制される。

また、例えば、バッテリ５４のプラス端子と交流発電機とを接続した後、バッテリ５４のマイナス端子と車体（図示せず）からのマイナスケーブル（図示せず）とを接続して、交流発電機とバッテリ５４とを電気的に接続した際、バッテリ５４から接続配線５３を通じて雑音防止コンデンサ５５に充電される。この時の充電電流は、雑音防止コンデンサ５５と直列に接続されたカーボン抵抗５６により、電流量が制限されるので、バッテリ５４のマイナス端子とマイナスケーブルの先端部との間での火花の発生が抑制され、バッテリ５４のマイナス端子の劣化が低減される。

また、発熱体であるカーボン抵抗５６は、騒音防止コンデンサ５５のマイナス側で、アースされたリヤブラケット２の近傍に設けたので、カーボン抵抗５６で生じた多くの熱はリヤブラケット２を通じて外部に放出される。
また、リヤブラケット２の内壁面に、予めカーボン抵抗５６及び雑音防止コンデンサ５５が固定されたブラシホルダ１２のフランジ５１をねじ５２により固定することで、簡単にカーボン抵抗５６及び雑音防止コンデンサ５５はケース３内に取り付けられる。

ところで、本願発明者は、実施の形態１の交流発電機における、整流後の直流電圧を実験により求めた。
図４〜図１１に示した図は、そのときの実験結果の一例を示す図である。
横軸は時間で縦軸は整流後の電圧を示す。電圧がゼロを跨ぐように表示されているのは、オシロスコープのＡＣモードで測定したものであり、直流成分がカットされているためである。
この実験結果の例は、交流発電機の回転数が５，０００ｒ/ｍｉｎの条件下で行ったときのデータである。
図４は雑音防止コンデンサ５５及びカーボン抵抗５６が無い例を示している。
図５〜図１１は全て雑音防止コンデンサ５５の静電容量Ｃが２．８３μＦでの例であり、それぞれ図５ではカーボン抵抗５６の値が無い場合、図６〜図１１ではカーボン抵抗５６の抵抗値Ｒが０．１Ω、０．２Ω、０．５Ω、０．７Ω、１．０Ω及び１０．０Ωの場合を示している。

図４から分かるように、雑音防止コンデンサ５５が無い場合には、急峻なサージ電圧が生じている。これに対して、図５に示すように、雑音防止コンデンサ５５を設けることで急峻なサージ電圧は生じないものの、振動波形が生じてしまうことが分かる。
図６以後の各図７〜図１１では、カーボン抵抗５６の抵抗値Ｒが段階的に大きくなっているが、値の増加に従って振動波形の大きさが小さくなるものの、抵抗値Ｒが１０．０Ωの場合、再び値が低いものの急峻なサージ電圧が生じる。抵抗値Ｒの値が１０．０Ωよりも大きくなると、そのサージ電圧の値も大きくなり、ラジオ電波に悪影響を与える高周波のノイズになってしまうことが分かった。
本願発明者は、２，０００ｒ/ｍｉｎ、１０，０００ｒ/ｍｉｎ、１５，０００ｒ/ｍｉｎ及び１８，０００ｒ/ｍｉｎと交流発電機の回転数を変えて同様の実験を行ったが、回転数が５，０００ｒ/ｍｉｎの場合と同様の実験結果が得られた。
また、雑音防止コンデンサ５５の静電容量Ｃについても、０．５μＦにおいて急峻なサージ電圧の発生が抑制されることも確かめられた。

実施の形態２．
図１２はこの発明の実施の形態２の交流発電機の要部断面図である。
この実施の形態では、接続配線５３Ａは、実施の形態１の接続配線５３と比較して、コンデンサ５５とねじ５２との間で、抵抗手段である断面積が小さい断面縮小部６１を有している点、及びカーボン抵抗５６が削除されている点が実施の形態１の交流発電機と異なる。
他の構成は実施の形態１と同じである。
この交流発電機では、実施の形態１の交流発電機と同様の効果を有しているとともに、接続配線５３Ａの断面縮小部６１が、実施の形態１のカーボン抵抗５６として作用しており、カーボン抵抗５６が不要となり、わざわざカーボン抵抗５６用のスペースを確保する必要性がないという効果もある。

実施の形態３．
図１３はこの発明の実施の形態３の交流発電機の要部断面図である。
この実施の形態では、接続配線５３のねじ５２側の端部でリヤブラケット２の内壁面に当接した面には、抵抗手段である抵抗皮膜５８が形成されている。
他の構成は実施の形態１と同じである。
この交流発電機では、実施の形態１の交流発電機と同様の効果を有するとともに、接続配線５３の端部に形成された抵抗皮膜５８が実施の形態１のカーボン抵抗５６として作用しており、カーボン抵抗５６が不要となり、わざわざカーボン抵抗５６用のスペースを確保する必要性がないという効果もある。

実施の形態４．
図１４はこの発明の実施の形態４の交流発電機の要部断面図である。
この実施の形態では、接続配線５３のねじ５２側の端部とリヤブラケット２の内壁面との間に、ねじ５２に挿入された抵抗手段である、リング状のカーボン抵抗５９が介在している。
他の構成は実施の形態１と同じである。
この交流発電機では、実施の形態１の交流発電機と同様の効果を有するとともに、リング状のカーボン抵抗５９がねじ５２に挿入されることで、簡単に、かつ確実に騒音防止コンデンサ５５と直列に接続されるという効果もある。

実施の形態５．
図１５はこの発明の実施の形態５の交流発電機の要部斜視図である。
この実施の形態では、騒音防止コンデンサ５５の両面からターミナル金具６０が導出している。このターミナル金具６０は、接続配線５３とねじ５２により面接触して固着されるが、抵抗手段であるターミナル金具６０の接触面には抵抗皮膜が形成されている。
他の構成は実施の形態１と同じである。
この交流発電機では、実施の形態１の交流発電機と同様の効果を有するとともに、ターミナル金具６０がねじ５２を用いて接続配線５３に固着されることで、簡単に、かつ確実に騒音防止コンデンサ５５と直列に接続されるという効果もある。

実施の形態６．
上記の各実施の形態では、雑音防止コンデンサ５５に抵抗手段が直列に接続された例について説明したが、この実施の形態では、雑音防止コンデンサ自身、等価抵抗値が０．２〜１０Ωの値を有する雑音防止コンデンサが、整流器１４のプラス側とマイナス側との間に接続されており、抵抗手段は備えていない。なお、この雑音防止コンデンサの静電容量の値についても、実施の形態１〜５と同様に、ラジオノイズを吸収し、またコスト、大きさの点から０．５〜３．５μＦの値が適正値である。

なお、上記の各実施の形態で説明した抵抗手段以外にも、例えば半田に抵抗粉末を混入させたろう材を用いて、接続配線５３と騒音防止コンデンサ５５とを溶接することで、この溶接部を抵抗手段としてもよいし、ニクロム線を用いたもの、半導体抵抗を用いたものであってもよい。

この発明の実施の形態１の車両用交流発電機を示す側断面図である。図１の車両用交流発電機の電気回路図である。図１の要部拡大断面図である。本願発明者が実験により求めた整流後の直流電圧の波形図である。本願発明者が実験により求めた整流後の直流電圧の波形図である。本願発明者が実験により求めた整流後の直流電圧の波形図である。本願発明者が実験により求めた整流後の直流電圧の波形図である。本願発明者が実験により求めた整流後の直流電圧の波形図である。本願発明者が実験により求めた整流後の直流電圧の波形図である。本願発明者が実験により求めた整流後の直流電圧の波形図である。本願発明者が実験により求めた整流後の直流電圧の波形図である。この発明の実施の形態２の車両用交流発電機の要部断面図である。この発明の実施の形態３の車両用交流発電機の要部断面図である。この発明の実施の形態４の車両用交流発電機の要部断面図である。この発明の実施の形態５の車両用交流発電機の要部断面図である。

符号の説明

１フロントブラケット、２リヤブラケット、３ケース、６回転子、９固定子、１４整流器、５３接続配線、５５雑音防止コンデンサ、５６，５９カーボン抵抗（抵抗手段）、５８抵抗皮膜（抵抗手段）、６０ターミナル金具（抵抗手段）、６１断面縮小部（抵抗手段）。

Claims

ケースと、このケース内に設けられシャフトに固定された回転子と、この回転子を囲むようにして設けられ回転子からの回転磁界により交流が生じる固定子と、前記シャフトの端部に設けられ前記固定子で生じる前記交流を直流に整流する整流器と、この整流器のプラス側とマイナス側との間に接続され整流器で直流に整流される際に生じるノイズを吸収する雑音防止コンデンサとを備えた車両用交流発電機において、
前記雑音防止コンデンサと直列に前記雑音防止コンデンサに流れる電流を抑制する抵抗手段が接続されていることを特徴とする車両用交流発電機。
前記雑音防止コンデンサは、前記ケース内に設けられている請求項１に記載の車両用交流発電機。
前記抵抗手段は、前記雑音防止コンデンサのマイナス側に設けられている請求項１または２に記載の車両用交流発電機。
前記抵抗手段は、前記雑音防止コンデンサと接続された接続配線の一部に形成され断面積が縮小された断面縮小部である請求項１〜３の何れか１項に記載の車両用交流発電機。
前記抵抗手段は、前記雑音防止コンデンサと接続された接続配線の一端部に形成された抵抗皮膜であり、この抵抗皮膜は前記ケースと面接触している請求項１〜３の何れか１項に記載の車両用交流発電機。
前記抵抗手段は、前記雑音防止コンデンサと接続された接続配線の一端と前記ケースとの間に挟まれた抵抗体である請求項１〜３の何れか１項に記載の車両用交流発電機。
前記抵抗手段は、前記雑音防止コンデンサと接続され表面に抵抗皮膜が形成されたターミナル金具である請求項１〜３の何れか１項に記載の車両用交流発電機。
前記雑音防止コンデンサの静電容量は、０．５〜３．５μＦである請求項１〜７の何れか１項に記載の車両用交流発電機。
前記抵抗手段の抵抗値は、０．２〜１０Ωである請求項１〜８の何れか１項に記載の車両用交流発電機。
ケースと、このケース内に設けられシャフトに固定された回転子と、この回転子を囲むようにして設けられ回転子からの回転磁界により交流が生じる固定子と、前記シャフトの端部に設けられ前記固定子で生じる前記交流を直流に整流する整流器と、この整流器のプラス側とマイナス側との間に接続され整流器で直流に整流される際に生じるノイズを吸収する雑音防止コンデンサとを備えた車両用交流発電機において、
前記雑音防止コンデンサの等価抵抗値は、０．２〜１０Ωであることを特徴とする車両用交流発電機。