JP2009011030A - 車両用交流発電機 - Google Patents

Abstract

【課題】安定的に整流装置からフレームに熱を逃がして冷却性を向上させ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１００は、回転子２、固定子４、フレーム３ａ、３ｂ、整流装置５、保護カバー８を備える。整流装置５は、複数のマイナス側整流素子５０４、複数のプラス側整流素子５０２、マイナス側冷却フィン５０３、プラス側冷却フィン５０１を有する。マイナス側整流素子５０４は、フレーム３ｂ側にマイナス側冷却フィン５０３から突出するベース部５０４ａを有し、フレーム３ｂは、複数のマイナス側整流素子５０４のそれぞれに対応してベース部５０４ａの対向位置に台座３００を有する。ベース部５０４ａと台座３００の間に、弾性を持つ伝熱部材５１０が配置されている。
【選択図】図１

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。

従来から、整流装置のプラス側放熱フィンとマイナス側放熱フィンが回転軸方向に２層構造になっているとともに、マイナス側放熱フィンに圧入されたマイナス側整流素子のベース部が、マイナス側放熱フィン端面からフレーム方向へ突出し、フレームの台座に直接に接触し、マイナス側整流素子の発熱をフレームへ流して冷却性を向上させている整流装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。なお、この整流装置では、プラス側整流素子は外部からの冷却風の風上側にあり、マイナス側整流素子より冷却に有利になっている。
特表２００２−５１９９８７号公報（第５−８頁、図１−３）

ところで、特許文献１に開示された整流装置では、以下の問題がある。
１）複数のマイナス側整流素子のベース部と、対向する複数の台座とを、すべて接触させることは非常に難しい。なぜなら、マイナス側放熱フィンに圧入されるマイナス側整流素子のベース部の突出寸法や、フレームの台座の高さのばらつきが存在するからである。よって、発熱をフレームへ流すことのできる整流素子とできない整流素子が存在し、結局、熱を流すことのできない整流素子にて熱による寿命が発生し、整流装置としての機能を損なうおそれがある。
２）すべてのマイナス側整流素子のベース部とフレームの台座が、必ず接触するように軸方向に当たりしろが確保できるようにすると、寸法ばらつきによって、過大な接触圧が加わる組合せが発生し、その部分のマイナス側整流素子は高い荷重にさらされるので、割れ等の問題が発生し、整流装置としての機能を損なうおそれがある。
３）安定した接触を実現するためには、マイナス側整流素子のベース部の突出寸法と、フレーム台座の高さについて、ばらつきなく高精度で製造する必要がある。この場合、大幅な工数アップによるコスト増加が発生する。

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、安定的に整流装置からフレームに熱を逃がして冷却性を向上させ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、回転子と対向配置された固定子と、回転子と固定子とを支持するフレームと、フレームの外端面に固定される整流装置と、整流装置を含む電気部品を覆う保護カバーとを備えている。整流装置は、複数のマイナス側整流素子と、複数のプラス側整流素子と、フレームの外端面に対向するとともにほぼ径方向に延在してマイナス側整流素子の冷却部材おようび接続導体をなすマイナス側冷却フィンと、保護カバーの内端面に対向するとともにプラス側整流素子の冷却部材および接続導体をなすプラス側冷却フィンとを有する。マイナス側整流素子は、フレーム側にマイナス側冷却フィンから突出するベース部を有する。フレームは、複数のマイナス側整流素子のそれぞれに対応してベース部の対向位置に台座を有する。ベース部と台座の間に、弾性を持つ伝熱部材が配置されている。伝熱部材がベース部とフレームの台座との間の軸方向寸法のばらつきを吸収して、伝熱部材を介してこれらの間を確実に接触させてベース部からフレームの台座に熱を逃がすため、安定的に全てのマイナス側整流素子の冷却性、すなわち整流装置の冷却性を向上させることができる。

また、上述した台座は、フレームにおいて回転子の回転軸方向に形成された凹部の底部であることが望ましい。これにより、伝熱部材の位置決めが容易になるとともに伝熱部材の脱落防止を図ることができ、冷却性の向上効果の維持が容易となる。

また、上述したマイナス側冷却フィンとこれに対向するフレームとの間には、外径方向から外気を導入する隙間を有することが望ましい。これにより、伝熱部材の周囲を通風によって冷却し、マイナス側整流素子のさらなる冷却性向上を実現することができる。

また、上述した伝熱部材としては、以下の具体例が考えられる。
（１）多孔質の樹脂材料に伝熱グリースを浸透させることにより形成する。
（２）繊維状の金属部材を丸めて絡める。
（３）回転子の回転軸方向に山谷形状を有する金属板を用いる。
（４）回転子の回転軸方向に複数の切り起こし部を有する金属板を用いる。
（５）回転子の回転軸方向に伸縮可能なじゃばら円筒形状を有する金属部材を用いる。
これらの伝熱部材を用いることにより、フレームの台座とマイナス側整流素子のベース部との間に介在させてこれらの間の伝熱を行うことが可能になる。

また、本発明の車両用交流発電機は、回転子と、回転子と対向配置された固定子と、回転子と固定子とを支持するフレームと、フレームの外端面に固定される整流装置と、整流装置を含む電気部品を覆う保護カバーとを備えている。整流装置は、複数のマイナス側整流素子と、複数のプラス側整流素子と、フレームの外端面に対向するとともに周方向に分割されてマイナス側整流素子の冷却部材および接続導体をなす複数のマイナス側冷却フィンと、保護カバーの内端面に対向するとともにプラス側整流素子の冷却部材および接続導体をなすプラス側冷却フィンとを有する。マイナス側整流素子は、フレーム側にマイナス側冷却フィンのマイナス側整流素子の取り付け周辺面と同一平面となるベース部を有する。フレームは、複数のベース部、および取り付け周辺面との対向位置に、平面形状の台座を有する。ベース部と取り付け周辺面は、台座に当接されている。これにより、ベース部はマイナス側冷却フィンの取り付け周辺面と同一平面に配置されるので両者の相互軸方向寸法のばらつきを低減することができるとともに、マイナス側冷却フィンが分割されてフレームへ取り付けられるので、フレーム台座との間の軸方向寸法のばらつきも低減することができる。しかも、ベース部およびその取り付け周辺面はフレーム台座と安定して当接できるので、マイナス側整流素子の冷却性、すなわち整流装置の冷却性を向上させることができる。

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、本発明を適用した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１００は、エンジンからベルト（図示せず）およびプーリ１を介して回転駆動される回転子２と、電機子として働く固定子４と、回転子２および固定子４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４に接続されて交流電力を直流電力に変換する整流装置５と、回転子２の界磁コイル２ａに界磁電流を供給するブラシを保持するブラシホルダ７と、出力電圧を制御するレギュレータ９と、車両との間で電気信号を入出力する端子を持つコネクタケース６と、整流装置５とレギュレータ９とブラシホルダ７などを覆ってリアフレーム３ｂの端面にかぶせられる樹脂製の保護カバー８等から構成されている。

図２は、整流装置５の平面図であり、整流装置５にブラシホルダ７やコネクタケース６等が組み付けられた状態が示されている。図２に示すように、整流装置５は、軸方向に２段に重ねられたプラス側冷却フィン５０１およびマイナス側冷却フィン５０３と、プラス側冷却フィン５０１に取り付けられた複数のプラス側整流素子５０２と、マイナス側冷却フィン５０３に取り付けられた複数のマイナス側整流素子５０４と、端子台５１３等からなる。

端子台５１３は、プラス側冷却フィン５０１およびマイナス側冷却フィン５０３間を電気的に絶縁する樹脂製絶縁部材からなり、固定子４で発生する交流電圧をプラス側整流素子５０２およびマイナス側整流素子５０４に導くための導電部材を内蔵している。プラス側整流素子５０２とマイナス側整流素子５０４は、それぞれのリードターミナルが異極性の冷却フィンに向くように配置されている。例えば、プラス側整流素子５０２は、プラス側冷却フィン５０１の貫通した取付孔に打ち込み固定されており、マイナス側整流素子５０４は、マイナス側冷却フィン５０３の貫通した取付孔に打ち込み固定されている。プラス側整流素子５０２およびマイナス側整流素子５０４のそれぞれのリードターミナルが端子台５１３の導電部材に電気接続され、全波整流回路が形成されている。

本実施形態では、２組の三相全波整流回路を形成するよう、プラス側冷却フィン５０１には６個のプラス側整流素子５０２が、マイナス側冷却フィン５０３には６個のマイナス側整流素子５０４がそれぞれ配置されている。そして、プラス側冷却フィン５０１に取り付けられたボルト５０６から直流出力が取り出される。なお、整流装置５は、リアフレーム３ｂと保護カバー８との間に配置され、リアベアリングボックス３０の支持部材（例えばボルト）に、保護カバー８とともに締結固定されている。また、マイナス側冷却フィン５０３は、プラス側冷却フィン５０１に比べ外径寸法が大きい。プラス側冷却フィン５０１およびマイナス側冷却フィン５０３には、ともにアルミ材や銅材が用いられる。

保護カバー８のプラス側整流素子５０２近傍には、軸方向開口部８０１が設けられている。プラス側冷却フィン５０１の外周端部および内周端部には、それぞれ保護カバー８側に折り曲げたリブ５０１ａ、５０１ｂが形成されている。これにより、外部から開口部８０１へ取り込まれた冷却風を発熱源であるプラス側整流素子５０２周辺に集中して流すとともに、プラス側冷却フィン５０１の放熱面積の増加により、プラス側整流素子５０２を効率よく冷却することができる。

一方、マイナス側冷却フィン５０３の外径近傍には、径方向に放射状に伸びる複数のサブフィン５０３ａが設けられており、このサブフィン５０３ａを形成することで放熱面積を増加している。径方向外側の保護カバー８とリアフレーム３ｂとの間の開口部８０２は、マイナス側冷却フィン５０３とリアフレーム３ｂとの間に設けられた隙間である径方向開口部８１０につながっている。回転子２のリア側端面に取り付けられた冷却ファン２１が回転すると、保護カバー８の開口部８０３とマイナス側冷却フィン５０３とリアフレーム３ｂとの間に設けられた径方向開口部８１０の両方から、リアフレーム３ｂの端面に設けられた開口部８０３側に冷却風が吸入される。このとき、径方向開口部８１０を介した径方向通風によってマイナス側冷却フィン５０３のフレーム対向面が冷却される。

また、マイナス側整流素子５０４の反リード側に設けられたベース部５０４ａは、マイナス側冷却フィン５０３との嵌合部からリアフレーム３ｂ側に突出している。複数のベース部５０４ａのそれぞれとこれらに対向するリアフレーム３ｂの台座３００との間には、弾性を持つ伝熱部材５１０が、台座３００から脱落しないように配置されている。リアフレーム３ｂの端面において回転子２の回転軸方向に形成された凹部の底部が台座３００として用いられる。この伝熱部材５１０によって、リアフレーム３ｂへマイナス側整流素子５０４の熱を安定して流すことができるので、通風による冷却と相まって、マイナス側整流素子５０４の冷却性向上を実現することができる。また、凹部の底部を台座３００として用いることにより、伝熱部材５１０の位置決めが容易になるとともに伝熱部材５１０の脱落防止を図ることができる。

図３は、伝熱部材５１０とその取付状態の具体例を示す斜視図である。図３に示す例では、伝熱部材５１０は、多孔質の樹脂材料に伝熱グリースを浸透させることで形成されている。この伝熱部材５１０を台座３００内に組み付け、一方の軸方向端面側から、先端にベース部５０４ａが取り付けられたマイナス側整流素子５０４を圧入する。これにより、伝熱部材５１０は、軸方向（マイナス側整流素子５０４から台座３００に向かう方向）に沿って所定の加圧状態が維持され、伝熱部材５１０の一方の端面が台座３００に、他方の端面がベース部５０４ａに確実に接触した状態となる。

図４は、伝熱部材の他の例を示す図である。図４に示す伝熱部材５１０ａは、繊維状の金属部材を丸めて絡めたものである。この伝熱部材５１０ａは、台座３００の底面とベース部５０４ａの間に挟んで押しつぶすことにより、これらの間の隙間部分に対応した形状に変形した状態でこの隙間部分に取り付けられる。

図５は、伝熱部材の他の例を示す図である。図５に示す伝熱部材５１０ｂは、回転子２の回転軸方向に金属板を山谷形状（波形形状）に成形したものである。この伝熱部材５１０ｂは、台座３００の底面とベース部５０４ａの間に挟み込むことにより、これらの間の隙間部分において押圧された状態で取り付けられる。

図６は、伝熱部材の他の例を示す図である。図６に示す伝熱部材５１０ｃは、円形の金属板の４箇所にコの字形状の切れ目を入れて、その中の２個については回転子２の回転軸方向に沿って台座３００側に切り起こし、残りの２個については回転軸方向に沿ってベース部５０４ａ側に切り起こしたものである。この伝熱部材５１０ｃは、台座３００の底面とベース部５０４ａの間に４個の突出部がそれぞれの対向面と接触するように挟み込むことにより、これらの間の隙間部分において押圧された状態で取り付けられる。

図７は、伝熱部材の他の例を示す図である。図７に示す伝熱部材５１０ｄは、回転子２の回転軸方向に伸縮可能なじゃばら円筒形状の金属部材により形成されている。この伝熱部材５１０ｄは、台座３００の底面とベース部５０４ａのそれぞれで軸方向両端面を押圧した状態で取り付けられる。

このように、本実施形態の車両用交流発電機１００では、伝熱部材５１０がベース部５０４ａとリアフレーム３ｂの台座３００との間の軸方向寸法のばらつきを吸収して、伝熱部材５１０を介してこれらの間を確実に接触させてベース部５０４ａからリアフレーム３ｂの台座３００に熱を逃がすため、安定的に全てのマイナス側整流素子５０４の冷却性、すなわち整流装置５の冷却性を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、マイナス側整流素子５０４の反リード側にベース部５０４ａを設ける旨の説明を行ったが、このベース部５０４ａは、マイナス側整流素子５０４とは別部材とし、マイナス側整流素子５０４の端面に取り付けるようにしてもよいし、マイナス側整流素子５０４の一部をベース部５０４ａとしてもよい。

また、ベース部５０４ａと台座３００との間に伝熱部材５１０を追加することによる冷却性の向上効果のみに着目した場合には、プラス側冷却フィン５０１に設けられたリブ５０１ａ、５０１ｂやマイナス側冷却フィン５０３に設けられたサブフィン５０３ａを省略するようにしてもよい。

また、図８に示すように、マイナス側冷却フィンを冷却フィン５０３１、５０３２に分割してもよい。このとき、図９に示すように、冷却フィン５０３１、５０３２に配置されたマイナス側整流素子５０４のベース部５０４ａは、取り付け周辺面と同一平面を成し、対向するフレーム３ｂの平面形状の台座に当接するようにしてもよい。この場合、ベース部５０４ａはマイナス側冷却フィンの取り付け周辺面と同一平面に配置されるので両者の相互軸方向寸法のばらつきを低減することができ、しかもマイナス側冷却フィンが冷却フィン５０３１、５０３２分割されてフレーム３ｂへ複数のボルト５０３０によって取り付けられるので、フレーム３ｂとの間の軸方向寸法のばらつきも低減することができる。よって、複数のベース部および冷却フィン５０３１、５０３２の取り付け周辺面はフレーム３ｂと安定して当接できるので、マイナス側整流素子５０４の冷却性を向上させることができる。

一実施形態の車両用交流発電機の断面図である。 整流装置の平面図である。 伝熱部材とその取付状態の具体例を示す斜視図である。 伝熱部材の他の例を示す図である。 伝熱部材の他の例を示す図である。 伝熱部材の他の例を示す図である。 伝熱部材の他の例を示す図である。 他の例の整流装置の平面図である。 他の例の整流装置の取り付け部の部分断面図である。

符号の説明

１ プーリ
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
１００ 車両用交流発電機
３００ 台座
５０１ プラス側冷却フィン
５０１ａ、５０１ｂ リブ
５０２ プラス側整流素子
５０３ マイナス側冷却フィン
５０３ａ サブフィン
５０４ マイナス側整流素子
５０４ａ ベース部
５１０ 伝熱部材
５１３ 端子台
８０１ 開口部

Claims (9)

1. 回転子と、前記回転子と対向配置された固定子と、前記回転子と前記固定子とを支持するフレームと、前記フレームの外端面に固定される整流装置と、前記整流装置を含む電気部品を覆う保護カバーとを備える車両用交流発電機において、
   前記整流装置は、複数のマイナス側整流素子と、複数のプラス側整流素子と、前記フレームの外端面に対向するとともにほぼ径方向に延在して前記マイナス側整流素子の冷却部材および接続導体をなすマイナス側冷却フィンと、前記保護カバーの内端面に対向するとともに前記プラス側整流素子の冷却部材および接続導体をなすプラス側冷却フィンとを有し、
   前記マイナス側整流素子は、前記フレーム側に前記マイナス側冷却フィンから突出するベース部を有し、
   前記フレームは、前記複数のマイナス側整流素子のそれぞれに対応して前記ベース部の対向位置に台座を有し、
   前記ベース部と前記台座の間に、弾性を持つ伝熱部材が配置されてい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、
   前記台座は、前記フレームにおいて前記回転子の回転軸方向に形成された凹部の底部であることを特徴とする車両用交流発電機。
3. 請求項１または２において、
   前記マイナス側冷却フィンとこれに対向する前記フレームとの間には、外径方向から外気を導入する隙間を有することを特徴とする車両用交流発電機。
4. 請求項１〜３のいずれかにおいて、
   前記伝熱部材は、多孔質の樹脂材料に伝熱グリースを浸透させることにより形成されることを特徴とする車両用交流発電機。
5. 請求項１〜３のいずれかにおいて、
   前記伝熱部材は、繊維状の金属部材を丸めて絡めたものであることを特徴とする車両用交流発電機。
6. 請求項１〜３のいずれかにおいて、
   前記伝熱部材は、前記回転子の回転軸方向に山谷形状を有する金属板であることを特徴とする車両用交流発電機。
7. 請求項１〜３のいずれかにおいて、
   前記伝熱部材は、前記回転子の回転軸方向に複数の切り起こし部を有する金属板であることを特徴とする車両用交流発電機。
8. 請求項１〜３のいずれかにおいて、
   前記伝熱部材は、前記回転子の回転軸方向に伸縮可能なじゃばら円筒形状を有する金属部材であることを特徴とする車両用交流発電機。
9. 回転子と、前記回転子と対向配置された固定子と、前記回転子と前記固定子とを支持するフレームと、前記フレームの外端面に固定される整流装置と、前記整流装置を含む電気部品を覆う保護カバーとを備える車両用交流発電機において、
   前記整流装置は、複数のマイナス側整流素子と、複数のプラス側整流素子と、前記フレームの外端面に対向するとともに周方向に分割されて前記マイナス側整流素子の冷却部材および接続導体をなす複数のマイナス側冷却フィンと、前記保護カバーの内端面に対向するとともに前記プラス側整流素子の冷却部材および接続導体をなすプラス側冷却フィンとを有し、
   前記マイナス側整流素子は、前記フレーム側に前記マイナス側冷却フィンの前記マイナス側整流素子の取り付け周辺面と同一平面となるベース部を有し、
   前記フレームは、複数の前記ベース部、および前記取り付け周辺面との対向位置に、平面形状の台座を有し、
   前記ベース部と前記取り付け周辺面は、前記台座に当接されていることを特徴とする車両用交流発電機。

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