JP2009005545A

JP2009005545A - ブラシレス車両用交流発電機

Info

Publication number: JP2009005545A
Application number: JP2007166160A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Hamada; 寛濱田
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2007-06-25
Filing date: 2007-06-25
Publication date: 2009-01-08
Anticipated expiration: 2027-06-25
Also published as: JP4325706B2; US20080315694A1; US7863783B2

Abstract

【課題】整流装置の冷却性の向上と、整流装置の放熱フィンとハウジング側壁面との間の沿面距離の確保が可能なブラシレス車両用交流発電機を提供すること。
【解決手段】ブラシレス車両用交流発電機１は、固定子巻線２２を有する固定子２と、固定子２の内周側に対向配置された回転子３と、回転子３に供給する磁束を発生する界磁巻線４と、固定子巻線２２の出力電圧を整流して外部に出力する複数の整流素子を有する整流装置６と、固定子２および回転子３を収納するフロントハウジング５１およびリアハウジング５２と、リアハウジング５２のリア側端面に取り付けられた整流装置７を含む電気部品を保護するとともに冷却風を導入する複数の吸気穴８１を有する樹脂製のリアカバー８とを備える。リアハウジング５２の側壁面５２ａと放熱フィン６２は、回転軸３１に対して垂直方向に隣接し、これらの間に、リアカバー８の一部を回転軸方向に延ばしたスカート部８ａが配置されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、トラック、建機、農機等に搭載されるブラシレス車両用交流発電機に関する。

近年、乗用車メーカやトラックメーカにおいて排気ガス規制に対応すべくエンジンを改良してきており、それに伴いエンジンに搭載される部品の周囲温度も高くなる傾向にある。また、安全性を確保するための装置や、追加電源、快適性を求める傾向も年々増加し、車両用発電機の負荷が増加してきている。車両用発電機の構造としては、乗用車に搭載されるブラシ付き構造の他に、稼働時間や走行距離が長い長距離トラックや粉塵が舞う悪環境下で使用される建機や農機等に搭載される長寿命対応のブラシレス構造が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００２−９５２１５号公報（第４−５頁、図１−１１）

ところで、上述したブラシレス構造の車両用発電機は、外部からの異物侵入や被液による内部の電気部品のショートや外部からの外力による電気部品のダメージ保護のために、ハウジング壁側面には冷却用窓を設けず、しかも、整流装置などの電気部品はハウジングの側面壁で保護されているのが一般的であり、内部の電気部品は回転軸にネジ共締め固定される外扇冷却ファンを利用して冷却される。また、近年の小型高出力化のニーズに対しては、固定子の外径を拡大したり積厚を長くする技術や、固定子巻線の抵抗を低抵抗化する等の公知技術を利用して応えているが、高出力化に伴い内部の電気部品が高温になるという問題があった。その対策として、冷却ファンの風量や風速を上げる等の公知技術はあるが、ブラシレス車両用発電機に備わった外扇ファンでは径方向の寸法制約上外径が大きくできない。また、ブレード枚数増加や軸方向の面積を増加させようにもそれぞれのファンブレードの強度が低下するおそれがあるため、ファンブレードの枚数や面積の増加にも限界があり、風速や風量を思ったように増加できない。また、整流装置などの電気部品の放熱フィンとハウジング側面壁との間の間隔を狭くして、整流装置の放熱フィンの周囲や内部を冷却風が通るようにすることも考えられるが、放熱フィンとハウジング側面壁との沿面距離が小さくなると異物の堆積によるこれらの間の短絡等の原因になり、信頼性の低下につながるため好ましくない。

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、整流装置の冷却性の向上と、整流装置の放熱フィンとハウジング側壁面との間の沿面距離の確保が可能なブラシレス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、本発明のブラシレス車両用交流発電機は、固定子巻線を有する固定子と、固定子の内周側に対向配置された回転子と、回転子に供給する磁束を発生する界磁巻線と、固定子巻線の出力電圧を整流して外部に出力する複数の整流素子を有する整流装置と、固定子および回転子を収納するハウジングと、ハウジングのリア側端面に取り付けられた整流装置を含む電気部品を保護するとともに冷却風を導入する複数の吸気穴を有する樹脂製のリアカバーとを備えており、ハウジングの側壁面と放熱フィンは回転子の回転軸に対して垂直方向に隣接し、これらの側壁面と放熱フィンの間に、リアカバーの一部を回転軸方向に延ばした延在部が配置されている。整流装置の放熱フィンとハウジングの側壁面との間の隙間にリアカバーの延在部を介在させることができるため、この隙間を通って流れる冷却風の通風経路を放熱フィンに沿ってあるいは放熱フィン内部を通過するように変更することができ、整流装置の冷却性を向上させることができる。

また、上述した延在部と放熱フィンとの間の距離は１．５ｍｍ以下であることが望ましい。これにより、放熱フィンとリアカバーの延在部との間の隙間を通る冷却風の流れを遮って確実に放熱フィンの冷却を行うことができる。また、１．５ｍｍ程度の隙間を設けることにより、リアカバー組み付け時の作業性の悪化を防止することができる。また、放熱フィンの外周側の隙間を故意に小さくすることにより、この隙間における冷却風速を増加させることができ、整流装置をさらに効率的に冷却することが可能となる。

また、絶縁性確保に必要な側壁面と放熱フィンとの間の距離をＬ１、回転軸方向に沿って放熱フィンの端面から延在部の先端が突出する長さをＬ２としたときに、Ｌ２≧Ｌ１であることが望ましい。これにより、放熱フィンとハウジングの側壁面との間の絶縁性確保に充分な沿面距離を確保することができ、これらの間の短絡等による信頼性低下を防止し、被水や被液に対しても強いブラシレス車両用交流発電機を実現することができる。

また、上述した延在部の端部は、先端になるほど径方向に沿った厚みが薄くなるように側壁面側に傾斜していることが望ましい。これにより、延在部の端部において冷却風の乱流が発生することを防止することができるとともに、延在部の端部に向けて徐々に隙間を拡大することにより、放熱フィンと延在部との間に異物が付着しにくくすることができる。

また、本発明のブラシレス車両用交流発電機は、固定子巻線を有する固定子と、固定子の内周側に対向配置された回転子と、回転子に供給する磁束を発生する界磁巻線と、固定子巻線の出力電圧を整流して外部に出力する複数の正極側整流素子が取り付けられた正極側放熱フィンと複数の負極側整流素子が取り付けられた負極側放熱フィンとを有する整流装置と、固定子および回転子を収納するハウジングと、ハウジングのリア側端面に取り付けられた整流装置を含む電気部品を保護するとともに冷却風を導入する複数の吸気穴を有する樹脂製のリアカバーとを備えており、正極側放熱フィンは、外周部に、正極側整流素子の取り付け部の回転子の回転軸方向の厚さよりも厚い複数の補助フィンと、補助フィン間に形成された軸方向通風路とを有し、補助フィンに回転軸に対して垂直方向に対向するハウジングの側壁面と、補助フィンとの間に、リアカバーの一部を回転軸方向に延ばした延在部が配置されている。これにより、正極側放熱フィンの外周部とハウジング側面壁との間の沿面距離を確保して短絡不良を防止することができるとともに、正極側放熱フィンの外周部にある軸方向に厚い補助フィンの間に冷却風をより多く流すことができるので、特に正極側整流素子を冷却して、整流装置全体の冷却性の向上に寄与することができる。

以下、本発明を適用した一実施形態のブラシレス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、一実施形態のブラシレス車両用交流発電機の全体構造を示す断面図である。また、図２は一実施形態のブラシレス車両用交流発電機の全体構造を示す背面図である。

図１および図２に示すように、本実施形態のブラシレス車両用交流発電機１は、固定子２、回転子３、界磁巻線４、フロントハウジング５１、リアハウジング５２、整流装置６、レギュレータ７、リアカバー８等を備えている。

固定子２は、電機子として働くものであり、固定子鉄心２１に固定子巻線２２が巻回されている。回転子３は、界磁として働くものであり、固定子２の内周側に対向配置されている。この回転子３は、回転軸３１とともに回転する回転継鉄部３２、３３と、回転継鉄部３３と一体に形成された爪状磁極部３４と、リング状の支持部材３５によって爪状磁極部３４と一体化された爪状磁極部３６とを備えている。また、回転軸３１の後方端部にはこの回転軸３１を回転可能に保持する軸受け３７が設けられている。

界磁巻線４は、回転子３に供給する磁束を発生させるものであり、固定継鉄部４１に巻回されている。固定継鉄部４１は、筒状部材であってボルト４２によってリアハウジング５２に固定されている。この固定継鉄部４１は、回転子３によって構成される界磁の一部をなしている。

フロントハウジング５１およびリアハウジング５２は、固定子２および回転子３を支持するものである。上述した軸受け３７は、リアハウジング５２に圧入されて固定されている。また、フロントハウジング５１からは回転軸３１の端部が突出しており、この突出した回転軸３１に冷却ファン５３およびプーリ（図示せず）がナット５４によって締め付け固定される。レギュレータ７は、界磁巻線４に供給する励磁電流を断続することにより、ブラシレス車両用交流発電機１の出力電圧を調整する。

次に、整流装置６とリアカバー８の詳細について説明する。整流装置６は、端子台６１を挟んで軸方向に離間して対向するように積層された正極側放熱フィン６２と負極側放熱フィン６３とを備えている。正極側放熱フィン６２に設けられた６箇所の貫通した取付孔には６個の正極側整流素子６４が圧入されて取り付けられている。同様に、負極側放熱フィン６３に設けられた６箇所の貫通した取付孔には６個の負極側整流素子６５が圧入されている。３個の正極側整流素子６４と３個の負極側整流素子６５とが一組となって三相全波整流回路が構成されている。本実施形態の整流装置６にはこのような三相全波整流回路が二組備わっており、固定子巻線２２の出力電圧を整流して、正極側放熱フィン６２に固定された出力端子を介して出力電流を外部に出力している。また、整流装置６は、固定子巻線２２に誘起された電圧を整流して界磁巻線４に励磁電流を供給する３個の補助ダイオード６７を有している。これらの補助ダイオード６７は端子台６１に取り付けられている。また、正極側放熱フィン６２は、外周部に、正極側整流素子６４の取り付け部の回転子３の回転軸方向の厚さよりも厚い複数の補助フィン６２ａと、これらの補助フィン６２ａ間に形成された軸方向通風路とを有している。

リアカバー８は、整流装置６およびレギュレータ７からなる電気部品を保護するためのものであり、冷却風を内部（電気部品側）に導入する複数の吸気穴８１と、リアハウジング５２の側壁面５２ａと正極側放熱フィン６２の間に配置された延在部としてのスカート部８ａとを有しており、樹脂材料によって形成されている。図１に示すように、リアハウジング５２の側壁面５２ａと正極側放熱フィン６２は、回転軸３１に対して垂直方向に隣接しており、これら側壁面５２ａと正極側放熱フィン６２の間に、リアカバー８の一部を回転軸方向に延ばしたスカート部８ａが配置されている。このスカート部８ａは、先端になるほど径方向に沿った厚みが薄くなるように側壁面５２ａ側に傾斜している。

図３は、本実施形態のブラシレス車両用交流発電機１における冷却風の通風経路の説明図である。また、図４は従来構造のブラシレス車両用交流発電機における冷却風の通風経路の説明図であり、スカート部がない場合が示されている。これらの図では、冷却風の流れが太い矢印で示されている。

図３に示すように、本実施形態のブラシレス車両用交流発電機１では、回転軸３１とともに冷却ファン５３が回転すると、リアカバー８に形成された吸気穴８１を通して冷却風がリアカバー８の内部空間内に導入される。この冷却風は、さらに整流装置６の負極側放熱フィン６３に設けられた貫通穴６３ａや正極側放熱フィン６２の外周側に設けられた補助フィン６２ａを通過しながら負極側放熱フィン６３および正極側放熱フィン６２を冷却した後に、リアハウジング５２の吸気口５２ｂを通過し、リアハウジング５２の内部空間（固定子２や回転子３が収納された空間）を経由してフロントハウジング５１の排気口５１ａから排出される。本実施形態のブラシレス車両用交流発電機１では、正極側放熱フィン６２の補助フィン６２ａとリアハウジング５２の側壁面５２ａとの間にリアカバー８のスカート部８ａが配置されているため、補助フィン６２ａの外周側の隙間が狭くなっている。このため、整流装置６の冷却に寄与せずにこの隙間を通って流れる冷却風の相対的な割合を低減することができる。

これに対し、図４に示すように、従来構造のブラシレス車両用交流発電機の場合には、補助フィン６２ａの外周側の隙間が広いため、整流装置６の冷却に寄与せずにこの隙間を通って流れる冷却風の相対的な割合が増加する。

このように、本実施形態のブラシレス車両用交流発電機１では、整流装置６の正極側放熱フィン６２とリアハウジング５２の側壁面５２ａとの間の隙間にリアカバー８のスカート部８ａを介在させることができるため、この隙間を通って流れる冷却風の通風経路を正極側放熱フィン６２に沿ってあるいは負極側放熱フィン６３の貫通穴６３ａを通過するようにすることができ、整流装置６の冷却性を向上させることができる。

また、スカート部８ａを先端になるほど径方向に沿った厚みが薄くなるように側壁面５２ａ側に傾斜させることにより、スカート部８ａの端部において冷却風の乱流が発生することを防止することができる。また、スカート部８ａの端部に向けて、補助フィン６２ａとの間の隙間を徐々に拡大することにより、補助フィン６２ａとスカート部８ａとの間に異物が付着しにくくすることができる。

図５は、スカート部８近傍の好ましい位置関係を示す部分的な断面図である。図５に示すように、スカート部８ａと補助フィン６２ａとの間の距離は１．５ｍｍ以下に設定されている。これにより、補助フィン６２ａとスカート部８ａとの間の隙間を通る冷却風の流れを遮って確実に整流装置６の冷却を行うことができる。また、１．５ｍｍ程度の隙間を設けることにより、リアカバー８組み付け時の作業性の悪化を防止することができる。

また、絶縁性確保に必要な側壁面５２ａと補助フィン６２ａとの間の距離をＬ１（例えば５ｍｍ）、回転軸方向に沿って補助フィン６２ａの端面からスカート部８ａの先端が突出する長さをＬ２としたときに、Ｌ２≧Ｌ１に設定されている。これにより、補助フィン６２ａとリアハウジング５２の側壁面５２ａとの間の絶縁性確保に充分な沿面距離を確保することができ、これらの間の短絡等による信頼性低下を防止することができる。

図６は、整流装置の温度測定結果を示す図である。図６において、Ａは本実施形態のブラシレス車両用交流発電機１における整流装置６の整流素子温度（例えば正極側整流素子６４の温度）を、Ｂは図４に示した従来構造のブラシレス車両用交流発電機における整流装置の整流素子温度をそれぞれ示している。図６に示すように、スカート部８ａを用いて冷却風の通風経路を改良することにより、約２０°Ｃの冷却性向上を図ることができた。

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、スカート部８ａは、冷却風の流れをスムーズにするためにリアカバー８の一部として一体成型することが望ましいが、軸方向の長さが長くなると型作製コストが高くなる傾向があるので、型作製コストを抑制するためにスカート部８ａを別体とし、スカート部８ａがない本体カバーに、溶着、接着、スナップフィット等の技術を用いてスカート部８ａを一体化したり、あるいは、スカート部８ａをリアハウジング５２の側壁面５２ａに、溶着、接着、スナップフィット等の技術を用いて固定しても同等の効果を得ることができる。

また、上述した実施形態では、補助フィン６２ａを備える正極側放熱フィン６２を用いる場合について説明したが、補助フィン６２ａがない場合であっても本発明を適用することができる。また、貫通穴については負極側放熱フィン６３のみについて説明したが、正極側放熱フィン６２にも貫通穴を形成してもよい。

一実施形態のブラシレス車両用交流発電機の全体構造を示す断面図である。一実施形態のブラシレス車両用交流発電機の全体構造を示す背面図である。本実施形態のブラシレス車両用交流発電機における冷却風の通風経路の説明図である。従来構造のブラシレス車両用交流発電機における冷却風の通風経路の説明図である。スカート部近傍の好ましい位置関係を示す部分的な断面図である。整流装置の温度測定結果を示す図である。

符号の説明

１ブラシレス車両用交流発電機
２固定子
３回転子
４界磁巻線
６整流装置
７レギュレータ
８リアカバー
８ａスカート部
３１回転軸
５１フロントハウジング
５２リアハウジング
５２ａ側壁面
５３冷却ファン
６２正極側放熱フィン
６２ａ補助フィン
６３負極側放熱フィン
６４正極側整流素子
６５負極側整流素子
６７補助ダイオード

Claims

固定子巻線を有する固定子と、前記固定子の内周側に対向配置された回転子と、前記回転子に供給する磁束を発生する界磁巻線と、前記固定子巻線の出力電圧を整流して外部に出力する複数の整流素子が取り付けられた放熱フィンを有する整流装置と、前記固定子および前記回転子を収納するハウジングと、前記ハウジングのリア側端面に取り付けられた前記整流装置を含む電気部品を保護するとともに冷却風を導入する複数の吸気穴を有する樹脂製のリアカバーとを備えるブラシレス車両用交流発電機において、
前記ハウジングの側壁面と前記放熱フィンは前記回転子の回転軸に対して垂直方向に隣接し、これらの前記側壁面と前記放熱フィンの間に、前記リアカバーの一部を前記回転軸方向に延ばした延在部が配置されていることを特徴とするブラシレス車両用交流発電機。
請求項１において、
前記延在部と前記放熱フィンとの間の距離は１．５ｍｍ以下であることを特徴とするブラシレス車両用交流発電機。
請求項１または２において、
絶縁性確保に必要な前記側壁面と前記放熱フィンとの間の距離をＬ１、前記回転軸方向に沿って前記放熱フィンの端面から前記延在部の先端が突出する長さをＬ２としたときに、Ｌ２≧Ｌ１であることを特徴とするブラシレス車両用交流発電機。
請求項１〜３のいずれかにおいて、
前記延在部の端部は、先端になるほど径方向に沿った厚みが薄くなるように前記側壁面側に傾斜していることを特徴とするブラシレス車両用交流発電機。
固定子巻線を有する固定子と、前記固定子の内周側に対向配置された回転子と、前記回転子に供給する磁束を発生する界磁巻線と、前記固定子巻線の出力電圧を整流して外部に出力する複数の正極側整流素子が取り付けられた正極側放熱フィンと複数の負極側整流素子が取り付けられた負極側放熱フィンとを有する整流装置と、前記固定子および前記回転子を収納するハウジングと、前記ハウジングのリア側端面に取り付けられた前記整流装置を含む電気部品を保護するとともに冷却風を導入する複数の吸気穴を有する樹脂製のリアカバーとを備えるブラシレス車両用交流発電機において、
前記正極側放熱フィンは、外周部に、前記正極側整流素子の取り付け部の前記回転子の回転軸方向の厚さよりも厚い複数の補助フィンと、前記補助フィン間に形成された軸方向通風路とを有し、
前記補助フィンに前記回転軸に対して垂直方向に対向する前記ハウジングの側壁面と、前記補助フィンとの間に、前記リアカバーの一部を前記回転軸方向に延ばした延在部が配置されていることを特徴とするブラシレス車両用交流発電機。