JP2009050061A - Alternator for vehicles - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、エンジン等により回転駆動されて電気負荷に電力を供給する車両用交流発電機に係り、特に、電力を取り出す出力端子の保持部に特徴と有する車両用交流発電機に関する。 The present invention relates to a vehicular AC generator that is rotationally driven by an engine or the like and supplies electric power to an electric load, and more particularly to a vehicular AC generator characterized by a holding portion of an output terminal that extracts electric power.
交流電力を直流電力に変換するための整流装置を内蔵した車両用交流発電機において、直流電力をクーリングプレートに固着された出力端子を介して外部に取り出すことは一般に広く採用されている。 In a vehicular AC generator incorporating a rectifier for converting AC power into DC power, it is generally widely used to extract DC power to the outside through an output terminal fixed to a cooling plate.
また、出力端子を絶縁保護するための保護部材の割れを防止し、かつ出力線を取り付けるための固定部材の緩みを防止するために、出力端子取り付け用筒状突起(筒状ボス部)をヒートシンクと一体に形成し、その中空部にボルト状に形成された前記出力端子を発電機の内側から嵌入することが知られている(例えば、特許文献1参照)。 Further, in order to prevent cracking of the protective member for insulating and protecting the output terminal, and to prevent loosening of the fixing member for attaching the output line, the cylindrical protrusion (cylindrical boss) for attaching the output terminal is a heat sink. It is known that the output terminal formed in a hollow portion and formed in a bolt shape in the hollow portion is inserted from the inside of the generator (for example, see Patent Document 1).
しかしながら、特許文献1記載のものでは、発電機外部の負荷側のターミナルが、筒状ボスに着座して固定された状態でエンジン側からの振動を受けて振動した場合、筒状ボスも振動することになり、該筒状ボスと一体に成形された正極側クーリングプレートにも前記振動に応じて引張や圧縮応力が生じることがある。
However, in the device described in
一方、正極側クーリングプレートには、交流電力を直流電力に変換する半導体素子が設置されているため、前述のターミナルの振動によって正極側クーリングプレートに発生した応力は、半導体素子に伝達して半導体素子の寿命を低下させる懸念があった。 On the other hand, since the semiconductor element for converting AC power into DC power is installed in the positive side cooling plate, the stress generated in the positive side cooling plate due to the vibration of the terminal is transmitted to the semiconductor element and transmitted to the semiconductor element. There was a concern of reducing the lifespan.
本発明の目的は、外部負荷が接続されるターミナルの振動を整流装置のクーリングプレートに装着される半導体素子へ伝達されるのを阻止して、信頼性の高い車両用交流発電機を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a highly reliable vehicle AC generator by preventing vibration of a terminal to which an external load is connected from being transmitted to a semiconductor element mounted on a cooling plate of a rectifier. It is in.
(1)上記目的を達成するために、本発明は、ハウジングと、該ハウジングに収容されて保持された固定子鉄心と、該固定子鉄心に回転空隙をもって対向配置された回転子と、前記固定子鉄心に巻装された巻線にて誘起される交流電力を直流電力に変換する整流器と、該整流器により直流に変換された電力を前記ハウジングの外部に取り出すための発電機側出力端子と、該出力端子を貫通保持し、かつ前記整流器を装着したクーリングプレートと一体に形成された筒状ボス部とを有する交流発電機であって、前記筒状ボスは、その付け根部周囲に振動応力緩衝部を備えるようにしたものである。
かかる構成により、外部負荷が接続されるターミナルの振動を整流装置のクーリングプレートに装着される半導体素子へ伝達されるのを阻止して、信頼性を向上し得るものとなる。
(1) In order to achieve the above object, the present invention provides a housing, a stator core accommodated and held in the housing, a rotor disposed opposite to the stator core with a rotation gap, and the fixed A rectifier that converts AC power induced in the winding wound around the core to DC power, and a generator-side output terminal for taking out the power converted to DC by the rectifier to the outside of the housing; An AC generator having a cylindrical boss portion formed integrally with a cooling plate having the output terminal penetrating and mounted with the rectifier, wherein the cylindrical boss has a vibration stress buffer around its base portion. A part is provided.
With this configuration, it is possible to improve the reliability by preventing the vibration of the terminal to which the external load is connected from being transmitted to the semiconductor element mounted on the cooling plate of the rectifier.
(2)上記(1)において、好ましくは、前記振動応力緩衝部は、少なくとも、前記整流器側位置方向に開口された空間部である。 (2) In the above (1), preferably, the vibration stress buffering portion is at least a space portion opened in the rectifier side position direction.
(3)上記(2)において、好ましくは、前記整流器側位置方向に開口された空間は、筒状ボスとクーリングプレート間を結び環状方向に断片的に形成されたクーリングプレート肉部によって形成されているものである。 (3) In the above (2), preferably, the space opened in the rectifier side position direction is formed by a cooling plate meat portion that is formed in pieces in an annular direction connecting the cylindrical boss and the cooling plate. It is what.
(4)上記(2)において、好ましくは、前記整流器側位置方向に開口された空間は、薄肉部によって形成された凹溝である。 (4) In said (2), Preferably, the space opened in the said rectifier side position direction is a ditch | groove formed of the thin part.
(5)上記(2)もしくは(3)において、好ましくは、前記空間は、クーリングプレートを貫通しているものである。 (5) In the above (2) or (3), preferably, the space penetrates the cooling plate.
本発明によれば、外部負荷が接続されるターミナルの振動を整流装置のクーリングプレートに装着される半導体素子へ伝達されるのを阻止して、信頼性を向上できる。 According to the present invention, it is possible to improve the reliability by preventing the vibration of the terminal to which the external load is connected from being transmitted to the semiconductor element mounted on the cooling plate of the rectifier.
以下、図1〜図4を用いて、本発明の一実施形態による車両用交流発電機の構成について説明する。なお、以下の例では、交流発電機として、車両用水冷式オルタネータを例示している。
最初に、図1を用いて、本実施形態による車両用交流発電機の全体構成について説明する。
図1は、本発明の一実施形態による車両用交流発電機の全体構成を示す断面図である。
Hereinafter, the configuration of an automotive alternator according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In the following example, a vehicle water-cooled alternator is illustrated as an AC generator.
First, the overall configuration of the vehicle AC generator according to the present embodiment will be described with reference to FIG.
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an overall configuration of an automotive alternator according to an embodiment of the present invention.
回転子軸1には、界磁巻線3を装着した回転子4が固定され、その周囲に微小空隙を介して固定子鉄心5が配置されている。固定子鉄心5には、固定子巻線6が装着されている。回転子軸1の両端は、軸受7,8を介して一対のハウジング(フロントハウジング,リアハウジング)9,10により保持されている。また、固定子鉄心5は、圧入,焼きばめなどにより、リアハウジング10の内周面と密着固定されている。
A
リアハウジング10から突出する回転子軸1の一端1aの周りには、界磁巻線3の電流供給用のスリップリング12が配置されている。スリップリング12は、界磁巻線3に接続されている。スリップリング12は、ブラシホルダ14に保持されたブラシと接触している。ブラシホルダ14と一体に、出力電力を制御するためのパワーモジュール(図示せず)が備えられている。外部からの制御指令によりパワーモジュールが駆動され、界磁巻線3に供給する界磁電流が制御されることで、交流発電機の出力電力が制御される。
A
リアハウジング10から突出する回転子軸1の他端には、プーリ2が固定されている。プーリ2には、エンジン等の駆動力源からの駆動力が伝達され、回転子4が回転される。
A
リアハウジング10の外面には、半導体素子が設置された整流装置15が取付けられている。整流装置15は、ハウジング10に設置されたボルト17と、ナット18により、ハウジング10に固定される。
On the outer surface of the
整流装置15は、固定子巻線6に誘起された交流電力を、直流電力に変換する装置であり、直流電力に変換する半導体素子を有する負極側装置と正極側装置、及び、整流回路を構成する導電性部材を有する回路端子24から構成される。
The
整流装置15の負極側装置の半導体素子が設置された負極側クーリングプレート21は、水路を構成するハウジングの一部を構成している。すなわち、ハウジング10の外周側には、円周方向に凹部10aが形成されている。凹部10aの開口部を負極側クーリングプレート21によりふさぐことで、凹部10aは冷却水通路となり、この通路内に冷却水が流通する。
The negative-
整流装置15の正極側装置の半導体素子が設置された正極側クーリングプレート22は、絶縁体(図3の絶縁体23)により負極側クーリングプレート21と絶縁されている。また、正極側クーリングプレート22には、半導体素子の他に、直流電力を発電機外部に出力するための出力端子25が設置される。出力端子25の周囲には、発電機外部の負荷のターミナルの着座する面を有する概略筒状のボス部26が設置されている。ボス部26は、正極側クーリングプレート22と一体構造となっている。
The positive-
固定子巻線6に誘起される交流電力は、コイル端子13を通して、整流装置15に出力される。整流装置15,ブラシホルダ14,パワーモジュールは、リアカバー16により覆われている。
The AC power induced in the stator winding 6 is output to the
回転子4には、ファン11が固定され、回転子4の回転時にハウジングやリアカバーに設けた外部空気取り入れ部(図示せず)を介してオルタネータ内部に冷却風が通過するようにしてある。冷却風は、オルタネータの界磁巻線3及び整流装置15から生じる熱を奪って発電効率を高めている。
A
次に、図2を用いて、本実施形態による車両用交流発電機の回転軸一方端側の構成について説明する。
図2は、本発明の一実施形態による車両用交流発電機の回転軸一方端側の構成を示す平面図である。なお、図1と同一符号は、同一部分を示している。
Next, the configuration of the one end side of the rotating shaft of the vehicle alternator according to the present embodiment will be described with reference to FIG.
FIG. 2 is a plan view showing the configuration of one end side of the rotating shaft of the vehicle alternator according to the embodiment of the present invention. The same reference numerals as those in FIG. 1 denote the same parts.
整流装置15の負極側装置は、負極側クーリングプレート21と、6個の半導体素子31b1,31b2,31b3,31b4,31b5,31b6とから構成される。半導体素子31b1,…,31b6は、整流用のダイオードである。半導体素子31b1,…,31b6は、負極側クーリングプレート21に圧入により固定されている。負極側クーリングプレート21は、図1に示して説明したように、水路を構成するとともに、整流回路の一端を担っている。半導体素子31b1,…,31b6の熱は、負極側クーリングプレート21に伝熱されることで、整流装置全体で冷却する構造となっている。
The negative electrode side device of the rectifying
整流装置15の正極側装置は、正極側クーリングプレート22と、6個の半導体素子31a1,31a2,31a3,31a4,31a5,31a6から構成される。半導体素子31a1,…,31a6は、正極側クーリングプレート22に圧入により固定されており、半導体素子31a1,…,31a6の熱は、正極側クーリングプレート22から負極側クーリングプレート21に伝熱されることで、整流装置全体で冷却する構造となっている。
The positive side device of the rectifying
負極側装置及び正極側装置の半導体素子31b1,…,31b6,31a1,…,31a6の一端は、回路端子24の有する導電性部材の一端と溶接等により接合され、整流回路を構成する。
One end of the semiconductor elements 31b1,..., 31b6, 31a1,..., 31a6 of the negative electrode side device and the positive electrode side device are joined to one end of the conductive member of the
次に、図3及び図4を用いて、本実施形態による車両用交流発電機の整流装置と出力端子付近の構成について説明する。
図3は、本発明の一実施形態による車両用交流発電機の整流装置と出力端子付近の構成を示す斜視図である。図4は、本発明の一実施形態による車両用交流発電機の整流装置と出力端子付近の構成を示す断面図である。なお、図3及び図4において、図1及び図2と同一符号は、同一部分を示している。
Next, the configuration in the vicinity of the rectifier and the output terminal of the vehicle alternator according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 3 and 4.
FIG. 3 is a perspective view showing a configuration near the rectifier and the output terminal of the automotive alternator according to the embodiment of the present invention. FIG. 4 is a cross-sectional view showing a configuration near the rectifier and the output terminal of the automotive alternator according to the embodiment of the present invention. 3 and 4, the same reference numerals as those in FIGS. 1 and 2 denote the same parts.
図3に示すように、回路端子24は、整流装置15をハウジング10に固定するためのナット18の着座面24aを有しており、ナット18とボルト17の締結力を伝達する役割を担う。正極側クーリングプレート22は、回路端子24により固定される構造となっている。
As shown in FIG. 3, the
整流装置15の正極側装置の半導体素子が設置された正極側クーリングプレート22は、絶縁体23により、負極側クーリングプレート21と絶縁されている。
The positive-
図4に示すように、出力端子25の周囲には、発電機外部の負荷のターミナル50の着座する面を有する概略筒状のボス部26が設置されている。ボス部26は、正極側クーリングプレート22と一体構造となっている。ターミナル50は、締結部材51により、出力端子25とボス部26に固定される。
As shown in FIG. 4, a substantially
正極側クーリングプレート22には、発電機外部へ直流電力を出力するための出力端子25が、正極側クーリングプレート22の半導体素子31a1が設置される面22a(本例では、径方向)に対して、概略直角方向(本例では、軸方向)に圧入にされ、固定されている。
The positive
出力端子25の周囲には、概略筒状のボス部26が設置されている。ボス部26は、正極側クーリングプレート22と一体構造となっている。つまり、正極側クーリングプレート22の半導体素子31a1が設置される面22a(本例では、径方向)に対して、概略直角方向(本例では、軸方向)に、ボス部26が一体成形されている。
Around the
ここで、正極側クーリングプレート22において、ボス部26を形成するために半導体素子31a1が設置される面22aから概略直角方向(本例では、軸方向)に変形する部位(図4の点線で囲まれた部位)を、ボス根元部40と称する。
Here, in the positive-
ボス部26は、正極側クーリングプレート22に一体成形されているものの、ボス根元部40の一部分には、空隙部41が設けられているため、ボス部26は、空隙部41以外のボス根元部のクーリングプレート肉部42により支えられる構造となっている。これらの空隙部41及びクーリングプレート肉部42により、振動応力緩衝部を構成している。
Although the
図3に示すように、ボス根元部40の空隙部41の一つは、正極側クーリングプレート22に設置された半導体素子31a1,…,31a6のうち、ボス部26から最も近い半導体素子31a1の方向に設置されている。
As shown in FIG. 3, one of the
図4に示すように、ボス根元部40のクーリングプレート肉部42は、ボス部26から正極側クーリングプレート22の半導体素子が設置される面22aに対して、リブ形状を成している。
As shown in FIG. 4, the cooling
図3に示すように、ボス根元部40のクーリングプレート肉部42の一つは、正極側クーリングプレート22を含む整流装置15をハウジング10に固定しているボルト17、ナット18の締結部位の方向に位置している。
As shown in FIG. 3, one of the cooling
なお、空隙部41には、シリコンゴムなどの緩衝材を充填するようにしてもよいものである。
The
以上説明した構成を有するため、発電機に接続される発電機外部のターミナルが振動した場合、ターミナルの着座面となるボス部26も振動することとなり、ボス部26が一体成形されている正極側クーリングプレート22、特にボス根元部40には、応力が発生する。しかしながら、ボス根元部40のクーリングプレート肉部42には応力は発生するものの、空隙部41には応力が発生しない。これにより、正極側クーリングプレート22の空隙部41が位置している方向には応力発生が抑制され、発電機外部の負荷接続ターミナルの振動による近接した半導体素子31a1への応力発生を抑制することができる。
Because of the configuration described above, when the terminal outside the generator connected to the generator vibrates, the
また、ボス根元部の肉部42のひとつが、整流装置15の固定点の方向に位置していることから、ボス部26を支持する剛性が向上して、発電機外部の負荷接続ターミナルの振動によるボス部26の振動を抑制することができるため、前述の空隙による応力抑制効果をさらに向上させることができる。
Further, since one of the
また、ボス根元部の肉部42をリブ状とすることで、ボス部26を支持する剛性が向上して、発電機外部の負荷接続ターミナルの振動によるボス部26の振動を抑制することができるため、前述の空隙による応力抑制効果をさらに向上させることができる。
Moreover, by making the
また、発電機外部の負荷のターミナル50が正極側クーリングプレート22より高温の場合や、ボス部26が発熱により正極側クーリングプレートより高温の場合において、ターミナルやボス部の熱は、正極側クーリングプレートに伝熱して、正極側クーリングプレートに設置された半導体素子の温度を上昇させ、熱による半導体素子の寿命低下も懸念される。それに対しては、ボス根元40の正極側クーリングプレート22に設置された半導体素子31a1方向には空隙部41が設けられているため、空隙が無い場合に比較してターミナル50から、或いは、ボス部26からの伝熱距離が長く熱抵抗が大きくなるため、半導体素子31への伝熱が抑制することができる。
Further, when the terminal 50 of the load outside the generator is hotter than the positive
以上説明したように、本実施形態によれば、出力端子を貫通保持する筒状ボス部の付け根部周囲に振動応力緩衝部を形成することによって、外部負荷が接続されるターミナルの振動を、整流装置のクーリングプレートに装着される半導体素子へ伝達されるのを阻止して、信頼性の高い発電機を提供することができる。 As described above, according to the present embodiment, the vibration stress buffering portion is formed around the base portion of the cylindrical boss portion that penetrates and holds the output terminal, thereby rectifying the vibration of the terminal to which the external load is connected. It is possible to provide a highly reliable generator by preventing transmission to the semiconductor element mounted on the cooling plate of the apparatus.
次に、図5を用いて、本発明の他の実施形態による車両用交流発電機の構成について説明する。なお、以下の例では、交流発電機として、車両用水冷式オルタネータを例示している。また、本実施形態による車両用交流発電機の全体構成は、図1に示したものと同様である。また、本実施形態による車両用交流発電機の回転軸一方端側の構成は、図2に示したものと同様である。
図5は、本発明の他の実施形態による車両用交流発電機の整流装置と出力端子付近の構成を示す断面図である。なお、図1〜図4と同一符号は、同一部分を示している。
Next, the configuration of an automotive alternator according to another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the following example, a vehicle water-cooled alternator is illustrated as an AC generator. The overall configuration of the vehicle alternator according to this embodiment is the same as that shown in FIG. Moreover, the structure of the one end side of the rotating shaft of the vehicle alternator according to this embodiment is the same as that shown in FIG.
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a configuration near the rectifier and output terminal of a vehicular AC generator according to another embodiment of the present invention. In addition, the same code | symbol as FIGS. 1-4 shows the same part.
本実施形態では、ボス根元部40は、図4と同様なクーリングプレート肉部42と、肉部42に対して部材の肉厚を薄く残して形成した薄肉部43及び空隙部(凹溝)42aを形成している。空隙部42aは、図3に示した第1実施形態と同様に、正極側クーリングプレート22に設置された半導体素子31a1を向いた方向にある角度を持って設けている。これらの薄肉部43,空隙部42a及びクーリングプレート肉部42により、振動応力緩衝部を構成している。
In the present embodiment, the
なお、空隙部42aには、シリコンゴムなどの緩衝材を充填するようにしてもよいものである。 The gap 42a may be filled with a cushioning material such as silicon rubber.
以上説明した構成を有するため、薄肉部43には応力が発生するものの、反対位置にある肉部42に比較して剛性が低いため応力発生範囲は薄肉部の局部的な範囲にとどまり、薄肉部43が位置している正極側クーリングプレート22に設置された半導体素子31a方向には、応力発生が抑制され、発電機外部の負荷接続ターミナルの振動による半導体素子31aへの応力発生を抑制することができる。
Since the thin-
また、ボス根元部の肉部42のひとつが、整流装置15の固定点の方向に位置していることから、ボス部26を支持する剛性が向上して、発電機外部の負荷接続ターミナルの振動によるボス部26の振動を抑制することができるため、前述の薄肉部43による応力抑制効果をさらに向上させることができる。
Further, since one of the
また、ボス根元部の肉部がリブ状とすることでボス部を支持する剛性が向上して、発電機外部の負荷接続ターミナルの振動によるボス部26の振動を抑制することができるため、前述の薄肉部43による応力抑制効果をさらに向上させることができる。
In addition, since the rib portion of the boss base portion has a rib shape, rigidity to support the boss portion is improved, and vibration of the
また、発電機に接続される発電機外部のターミナルが発電機より高温の場合やボス部26が発熱により正極側クーリングプレートより高温の場合においても、ボス根元40の、正極側クーリングプレート22に設置された半導体素子31a方向には薄肉部43が設けられているため、クーリングプレート肉部42に比較して熱抵抗が大きくなるため、ターミナル50から、或いは、ボス部26からの半導体素子31aへの伝熱を抑制することができる効果もある。
Even when the external terminal connected to the generator is hotter than the generator or when the
以上説明したように、本実施形態によれば、出力端子を貫通保持する筒状ボス部の付け根部周囲に振動応力緩衝部を形成することによって、外部負荷が接続されるターミナルの振動を、整流装置のクーリングプレートに装着される半導体素子へ伝達されるのを阻止して、信頼性の高い発電機を提供することができる。
As described above, according to the present embodiment, the vibration stress buffering portion is formed around the base portion of the cylindrical boss portion that penetrates and holds the output terminal, thereby rectifying the vibration of the terminal to which the external load is connected. It is possible to provide a highly reliable generator by preventing transmission to the semiconductor element mounted on the cooling plate of the apparatus.
1…回転子軸
2…プーリ
3…界磁巻線
4…回転子
5…固定子鉄心
6…固定子巻線
7,8…軸受
9…フロントハウジング
10…リアハウジング
11…ファン
12…スリップリング
13…コイル端子
14…パワーモジュール
15…整流装置
16…リアカバー
17…ボルト
18…ナット
21…負極側クーリングプレート
22…正極側クーリングプレート
22a…正極側クーリングプレートの半導体素子設置面
23…絶縁体
24…回路端子
25…出力端子
26…ボス部
31…半導体素子
40…ボス根元部
41…ボス根元部のクーリングプレート空隙
42…ボス根元部のクーリングプレート肉部
42a…肉厚を薄く残して形勢した空隙部
43…ボス根元部のクーリングプレート薄肉部
50…発電機外部の負荷のターミナル
51…締結部材
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記筒状ボスは、その付け根部周囲に振動応力緩衝部を備えることを特徴とする車両用交流発電機。 AC which is induced by a housing, a stator core housed and held in the housing, a rotor disposed opposite to the stator core with a rotation gap, and a winding wound around the stator core A rectifier that converts electric power into direct-current power, a generator-side output terminal for taking out the electric power converted into direct-current by the rectifier to the outside of the housing, a cooling that penetrates and holds the output terminal and is equipped with the rectifier An AC generator having a cylindrical boss formed integrally with a plate,
The tubular boss is provided with a vibration stress buffering portion around a base portion thereof.
前記振動応力緩衝部は、少なくとも、前記整流器側位置方向に開口された空間部であることを特徴とする車両用交流発電機。 In the vehicle alternator according to claim 1,
The vehicular AC generator is characterized in that the vibration stress buffering portion is at least a space portion opened in the rectifier side position direction.
前記整流器側位置方向に開口された空間は、筒状ボスとクーリングプレート間を結び環状方向に断片的に形成されたクーリングプレート肉部によって形成されていることを特徴とする車両用交流発電機。 In the vehicle alternator according to claim 2,
The space opened in the rectifier side position direction is formed by a cooling plate meat portion that connects the cylindrical boss and the cooling plate and is formed in pieces in the annular direction.
前記整流器側位置方向に開口された空間は、薄肉部によって形成された凹溝であることを特徴とする車両用交流発電機。 In the vehicle alternator according to claim 2,
The vehicular AC generator characterized in that the space opened in the rectifier side position direction is a concave groove formed by a thin portion.
前記空間は、クーリングプレートを貫通していることを特徴とした車両用交流発電機。 In the vehicle alternator according to claim 2 or 3,
The AC generator for vehicles, wherein the space penetrates a cooling plate.
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