JP2010016965A - 車両用回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】全体の冷却性の悪化を防止するとともに整流装置の冷却性を向上させることができる車両用回転電機を提供すること。
【解決手段】車両用交流発電機１は、回転子３と、回転子３と対向配置された固定子２と、回転子３および固定子２とを支持するフレーム６と、フレーム６の外端面に固定されて低損失素子が整流素子として用いられた整流装置５とを備えており、整流装置５とフレーム６との間に断熱部６０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回転電機に関する。

従来から、プラスフィン（プラスヒートシンク）とマイナスフィン（マイナスヒートシンク）が回転軸方向に２層構造を有し、マイナスフィンに圧入されたマイナスダイオードのベース部が、マイナスフィン端面からフレーム方向に突出してフレームの台座に直接接触することにより、マイナスダイオードの発熱をフレームに伝達して冷却性を向上させるようにした整流装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

また、フレーム（リアブラケット）の内周面であってステータコイルと対向する部分に断熱材を介して熱反射性のある部材を配置することにより、整流装置のダイオードからフレーム（リアブラケット）への放熱を効率よく行うようにした車両用交流発電機が知られている（例えば、特許文献２参照。）。
特表２００２−５１９９８７号公報（第５−８頁、図１−３） 特開平６−７８５０４号公報（第２−３頁、図１−６）

ところで、特許文献１に開示された構造では、整流装置側の温度がフレームの温度よりも高いことが前提になっており、整流素子の低損失化等により整流装置側の温度がフレームの温度よりも低くなった場合には反対にフレームから熱をもらうことになり、整流装置の温度がフレームから伝わる熱によって上昇するという問題があった。また、このような場合に、特許文献２に開示された構造と特許文献１に開示された構造を組み合わせることでフレームの温度をさらに下げることも考えられるが、ステータコイルの熱がフレームに伝わらないようにすると、フレームに熱を逃がすことによるステータコイルの冷却が行えないことになるため、車両用交流発電機全体の冷却性が悪化する懸念があり、好ましい対策とはいえない。

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、全体の冷却性の悪化を防止するとともに整流装置の冷却性を向上させることができる車両用回転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、本発明の車両用回転電機は、回転子と、回転子と対向配置された固定子と、回転子および固定子とを支持するアルミニウムよりなるフレームと、フレームの外端面に固定されて低損失素子が整流素子として用いられた整流装置とを備える車両用回転電機であって、整流装置とフレームとの間に断熱部を配置している。

低損失素子を用いることにより整流装置自体の発熱量を下げることができ、しかも整流装置とフレームとの間に断熱部を配置することによりフレームから伝わる熱を遮断することができるため、整流装置の冷却性を向上させることができる。また、車両用回転電機の固定子で発生した熱をフレームに伝達することができるため、全体の冷却性悪化を防止することができる。

また、上述した低損失素子は、低損失ダイオードであることが望ましい。あるいは、上述した低損失素子は、ＭＯＳトランジスタであることが望ましい。これらの素子を用いることにより、一般に用いられるシリコンダイオードに比べて通電時の損失を少なくすることができる。

また、上述した断熱部は、アルミニウムより熱伝導率が小さい部材により形成されていることが望ましい。これにより、アルミニウムよりなるフレームを直接、整流装置に固定する場合に比べ、フレームからの伝熱を低減できるので、整流装置の冷却性を向上させることができる。

また、上述した断熱部は、ステンレスにより形成されていることが望ましい。上述した断熱部は、セラミックスにより形成されていることが望ましい。上述した断熱部は、樹脂により形成されていることが望ましい。上述したを断熱部は、ガラスにより形成されていることが望ましい。これらの部材を用いることにより容易に断熱部を形成することが可能となる。また、導電体としてのステンレス等を用いて断熱部を形成する場合には、整流装置の負極側放熱板とフレームの間の電気的接続を同時に行うことが可能となる。また、絶縁体としての樹脂等を用いて断熱部を形成する場合には、整流装置の正極側放熱板とフレームとの間の電気的絶縁の確保を同時に行うことが可能となる。

また、上述した断熱部は、空隙により形成されていることが望ましい。これにより、部品点数低減によるコスト低減とともに、断熱部を冷却風の通路として用いることによる冷却風量の増加が可能になる。

また、上述した整流装置は、ステンレスで形成されたネジを用いてフレームに固定されていることが望ましい。これにより、整流装置をフレームに固定するために用いられるネジを通して伝わる熱を低減することができる。

また、上述した整流装置は、正極側整流素子が接合された正極側放熱板と、負極側整流素子が接合された負極側放熱板を備え、負極側放熱板が断熱部を挟んでフレームと対向配置され、断熱部が導電体により形成されており、断熱部を通して負極側放熱板とフレームとの間を電気的に接続することが望ましい。具体的には、この断熱部は、ステンレスや中空構造の導電体であることが望ましい。これにより、断熱部を用いることで、整流装置とフレームとの間の断熱とともに電気的接続が可能になる。

以下、本発明の車両用回転電機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、一実施形態の車両用交流発電機の全体構成を示す断面図である。図１に示す車両用交流発電機１は、固定子２、回転子３、ブラシ装置４、整流装置５、フレーム６、リヤカバー７、プーリ８等を含んで構成されている。

固定子２は、固定子鉄心２１と、この固定子鉄心２１に形成された複数個のスロットに所定の間隔で巻き回された三相の固定子巻線２３とを備えている。回転子３は、絶縁処理された銅線を円筒状かつ同心状に巻き回した界磁巻線３１を、それぞれが複数の磁極爪部を有するポールコア３２によって、回転軸３３を通して両側から挟み込んだ構造を有している。また、フロント側のポールコア３２の端面には、冷却ファン３４が溶接等によって取り付けられている。同様に、リヤ側のポールコア３２の端面には、冷却ファン３５が溶接等によって取り付けられている。

ブラシ装置４は、整流装置５から回転子３の界磁巻線に３１に励磁電流を流すためのものであり、回転子３の回転軸３３に形成されたスリップリング３６、３７のそれぞれに押圧するブラシ４１、４２を有する。

整流装置５は、フレーム６の外端面に固定されて、三相の固定子巻線２３の出力電圧である三相交流電圧を整流して直流の出力電力を得るためのものであり、配線用電極を内部に含む端子台５１と、所定の間隔で配置された正極側放熱板５２および負極側放熱板５３と、それぞれの放熱板に設けられた圧入孔に圧入することにより取り付けられた複数個の低損失素子としての整流素子を含んで構成されている。

フレーム６は、固定子２および回転子３を収容しており、回転子３が回転軸３３を中心に回転可能な状態で支持されているとともに、回転子３のポールコア３２の外周側に所定の隙間を介して配置された固定子２が固定されている。また、フレーム６は、固定子鉄心２１の軸方向端面から突出した固定子巻線２３に対向した部分に冷却風の吐出窓６１が、軸方向端面に冷却風の吸入窓６２がそれぞれ設けられている。リヤカバー７は、リヤ側のフレーム６の外側に取り付けられるブラシ装置４、整流装置５および制御装置１２の全体を覆って、これらを保護するためのものである。リヤカバー７の軸方向端面であって整流装置５に対向する領域には、リヤ側の冷却ファン３５の回転に伴って冷却風をリヤカバー７内に導入するための複数の吸気窓（図示せず）が形成されている。

上述した構造を有する車両用交流発電機１は、ベルト等を介してプーリ８にエンジン（図示せず）からの回転力が伝えられると回転子３が所定方向に回転する。この状態で回転子３の界磁巻線３１に外部から励磁電圧を印加することにより、ポールコア３２のそれぞれの爪部が励磁され、固定子巻線２３に三相交流電圧を発生させることができ、整流装置５の出力端子からは直流の出力電力が取り出される。

図２は、車両用交流発電機１の結線図である。本実施形態では、整流装置は、一般に用いられているシリコンダイオードよりも通電時の損失が少ないＭＯＳトランジスタ５ａ〜５ｆが整流素子として用いられている。制御装置１２は、界磁巻線３１に対する励磁電流の断続制御を行うとともに、整流装置５に備わった６個のＭＯＳトランジスタ５ａ〜５ｆの導通タイミングを制御する。これら６個のＭＯＳトランジスタ５ａ〜５ｆの内、３個のＭＯＳトランジスタ５ａ〜５ｃが正極側放熱板５２に接合され、他の３個のＭＯＳトランジスタ５ｄ〜５ｆが負極側放熱板５３に接合されている。

上述したように、ＭＯＳトランジスタ５ａ〜５ｆのそれぞれは、一般のシリコンダイオードに比べて導通時の損失が少ないため、整流装置５の発熱量を抑えることができる。このため、フレーム６側に配置された整流装置５の負極側放熱板５３の温度をフレーム６よりも低くすることが可能となる。本実施形態では、このような場合であっても、温度が高いフレーム６の熱が整流装置５に伝わらないように、フレーム６と整流装置５の間に断熱部６０が配置されている。断熱部６０は、フレーム６と整流装置５の負極側放熱板５３の間にこれらによって挟持するように配置されている。

具体的には、断熱部６０は、ステンレス、セラミックス、樹脂、ガラスのいずれか、あるいはこれらの組合せによって形成することができる。これらの部材を用いることにより容易に断熱部６０を形成することが可能となり、負極側放熱板５３をフレーム６の端面に直接接触させる場合に比べて、フレーム６から負極側放熱板５３に伝わる熱を容易に遮断することができる。また、導電体であるステンレスを断熱部６０として用いることにより、負極側放熱板５３とフレーム６の間の電気的接続を同時に行うことが可能となる。

あるいは、断熱部６０は、上述したステンレス等の部材を用いるのではなく、単に空隙により形成するようにしてもよい。これにより、部品点数低減によるコスト低減とともに、断熱部６０を冷却風の通路として用いることによる冷却風量の増加が可能になる。

ところで、本実施形態では、整流装置５とフレーム６の間の熱の伝達を低減するために断熱部６０を用いているため、整流装置５をフレーム６に固定する際にも熱が伝わりにくくする工夫が必要となる。特に、負極側放熱板５３はフレーム６に対して電気的に直接接続する必要があるため、これらの間の熱の遮断が必要になる。

図３は、整流装置５の負極側放熱板５３をフレーム６にネジを用いて固定した部分的な断面構造を示す図である。図３に示す構造では、負極側放熱板５３とフレーム６との間に断熱部６０を介在させた状態で、ステンレスで形成されたネジ１６１を用いて負極側放熱板５３をフレーム６に固定している。ステンレスのネジ１６１を用いることにより、ネジ１６１を通してフレーム６から負極側放熱板５３に熱が伝わりにくくすることができる。この場合に、ネジ１６１を介して負極側放熱板５３をフレーム６に電気的に接続することができるが、断熱部６０として導電体のステンレスを用いると、負極側放熱板５３とフレーム６との間の電気抵抗をさらに低減することができる。

図４は、導電体の断熱部６０の他の例を示す図である。図４（Ａ）に示すように中央に貫通孔を有する円柱状の断熱部６０を金属材料で形成した場合に、図４（Ｂ）に示すように中空構造にすることにより、断熱効果を持たせることができる。なお、この金属材料を、ステンレス等の熱が伝わりにくい材質とすることにより、さらに断熱効果を上げることができる。なお、中央の貫通孔は図３に示したネジ１６１を貫通させるためのものである。使用箇所によってはネジ１６１を貫通させる必要がないため、どの部分に使用するかによって貫通孔を省略したり、円柱形状を変更するようにしてもよい。

図５は、断熱部６０を空隙とした場合の負極側放熱板５３とフレーム６との電気的接続の例を示す部分的な断面図である。図５に示す構造では、断熱部６０が空隙により形成されており、負極側放熱板５３とフレーム６との間の電気的接続が導線１６２で行われている。導線１６２の両端にはワッシャ１６３が形成されており、これらをネジ１６４で負極側放熱板５３とフレーム６のそれぞれに締め付け固定している。なお、導線１６２の固定は、溶接や半田付けで行うようにしてもよい。

このように、本実施形態の車両用交流発電機１では、低損失素子としてのＭＯＳトランジスタを用いることにより整流装置５自体の発熱量を下げることができ、しかも整流装置５とフレーム６との間に断熱部６０を配置することによりフレーム６から伝わる熱を遮断することができるため、整流装置５の冷却性を向上させることができる。また、車両用交流発電機１の固定子２で発生した熱をフレーム６に伝達することができるため、車両用交流発電機１全体の冷却性悪化を防止することができる。

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。例えば、上述した実施形態では、負極側放熱板５３がフレーム６側に配置された整流装置５について説明したが、正極側放熱板５２がフレーム６側に配置された整流装置についても本発明を適用することができる。この場合には、絶縁体としてのセラミックス、樹脂、ガラスを断熱部６０として用いることにより、整流装置の正極側放熱板５２とフレーム６との間の電気的絶縁の確保を同時に行うことが可能となる。また、この場合には、負極側放熱板５３とフレーム６との電気的接続は、フレーム６から延びるスタットボルト６５（図１）を介して行われるが、このスタットボルト６５は熱が伝わりにくいステンレス等で形成することが望ましい。また、ＭＯＳトランジスタが１枚のパワー基板に配置された整流装置についても、本発明を適用することができるのは言うまでもない。

また、上述した実施形態では、整流装置５を低損失素子としてのＭＯＳトランジスタ５ａ〜５ｆを用いて構成したが、他の低損失素子、例えば低損失ダイオードを用いて整流装置を構成するようにしてもよい。

また、上述した実施形態では、発電機能を有する車両用交流発電機１について説明したが、発電機と電動機の機能を有する車両用回転電機に本発明を適用するようにしてもよい。この場合には、制御装置１２の制御によって整流装置５をインバータ動作させて固定子巻線２３に三相交流電圧を印加し、回転子３を回転させればよい。

また、上述した実施形態では、アルミニウムより熱伝導率が小さい部材の一例としてステンレスを用いたが、他の部材を用いるようにしてもよい。

一実施形態の車両用交流発電機の全体構成を示す断面図である。 車両用交流発電機の結線図である。 整流装置の負極側放熱板をフレームにネジを用いて固定した部分的な断面構造を示す図である。 導電体の断熱部の他の例を示す図である。 断熱部を空隙とした場合の負極側放熱板とフレームとの電気的接続の例を示す部分的な断面図である。

符号の説明

１ 車両用交流発電機
２ 固定子
３ 回転子
４ ブラシ装置
５ 整流装置
６ フレーム
７ リヤカバー
８ プーリ
１２ 制御装置
５１ 端子台
５２ 正極側放熱板
５３ 負極側放熱板
６０ 断熱部
１６１、１６４ ネジ

Claims (13)

1. 回転子と、前記回転子と対向配置された固定子と、前記回転子および前記固定子とを支持するアルミニウムよりなるフレームと、前記フレームの外端面に固定されて低損失素子が整流素子として用いられた整流装置とを備える車両用回転電機において、
   前記整流装置と前記フレームとの間に断熱部を配置することを特徴とする車両用回転電機。
2. 請求項１において、
   前記低損失素子は、低損失ダイオードであることを特徴とする車両用回転電機。
3. 請求項１において、
   前記低損失素子は、ＭＯＳトランジスタであることを特徴とする車両用回転電機。
4. 請求項１〜３のいずれかにおいて、
   前記断熱部は、アルミニウムより熱伝導率が小さい部材により形成されていることを特徴とする車両用回転電機。
5. 請求項１〜４のいずれかにおいて、
   前記断熱部は、ステンレスにより形成されていることを特徴とする車両用回転電機。
6. 請求項１〜４のいずれかにおいて、
   前記断熱部は、セラミックスにより形成されていることを特徴とする車両用回転電機。
7. 請求項１〜４のいずれかにおいて、
   前記断熱部は、樹脂により形成されていることを特徴とする車両用回転電機。
8. 請求項１〜４のいずれかにおいて、
   前記断熱部は、ガラスにより形成されていることを特徴とする車両用回転電機。
9. 請求項１〜４のいずれかにおいて、
   前記断熱部は、空隙により形成されていることを特徴とする車両用回転電機。
10. 請求項１〜３のいずれかにおいて、
    前記整流装置は、アルミニウムより熱伝導率が小さい部材で形成されたネジを用いて前記フレームに固定されていることを特徴とする車両用回転電機。
11. 請求項１〜３のいずれかにおいて、
    前記整流装置は、正極側整流素子が接合された正極側放熱板と、負極側整流素子が接合された負極側放熱板を備え、
    前記負極側放熱板が前記断熱部を挟んで前記フレームと対向配置され、
    前記断熱部が導電体により形成されており、前記断熱部を通して前記負極側放熱板と前記フレームとの間を電気的に接続することを特徴とする車両用回転電機。
12. 請求項１１において、
    前記断熱部は、アルミニウムより熱伝導率が小さい部材により形成されていることを特徴とする車両用回転電機。
13. 請求項１１において、
    前記断熱部は、中空構造の導電体であることを特徴とする車両用回転電機。

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