JP2010022113A - 交流発電機 - Google Patents

Abstract

【課題】この発明は、サーキットボードの振動が抑制され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、全波整流回路を形成した複数のダイオード２３と、このダイオード２３を保持する負極側ヒートシンク２４及び正極側ヒートシンク２２と、ダイオード２３とステータコイルとを電気的に接続するサーキットボード２６とを有し、負極側ヒートシンク２４、正極側ヒートシンク２２及びサーキットボード２６が、シャフトの軸線方向に重畳状態の複数の取付部位で取付部材を用いてケースに取り付けられた整流装置において、隣接した前記取付部位間に、サーキットボード２６と負極側ヒートシンク２４とが重なり当接した当接部位を形成し、この当接部位がリベット３６により固定されている。
【選択図】図５

Description

この発明は、例えば車両に搭載されステータのステータコイルで生じた交流を直流に整流する整流装置を備えた交流発電機に関するものである。

従来、特許文献１に記載された車両用交流発電機では、ステータコイル１６に電気的に接続されステータコイル１６で生じた交流を直流に整流する整流装置１２を備え、整流装置１２は、全波整流回路を形成した複数のダイオード２３，２５と、このダイオード２３，２５を保持する負極側ヒートシンク２６及び正極側ヒートシンク２４と、ダイオード２３，２５とステータコイル１６とを電気的に接続するサーキットボード２０とを有し、負極側ヒートシンク２６、正極側ヒートシンク２４及びサーキットボード２０が、シャフト６の軸線方向に重畳状態の３箇所の取付部２０ａ，２０ｂ，２０ｃでねじ４０を用いてケース３に取り付けられている。
このものの場合、整流装置１２のサーキットボード２０は、取付部２０ａ，２０ｂ，２０ｃの２点間で架橋状態であり、その振動モードの発生のし易さを、取付部２０ａ，２０ｂ，２０ｃに取付部２０ａ，２０ｂ，２０ｃよりも肉厚が大きな振動抑制部２０ａｂ，２０ａｃを設けることで、上記２点間のサーキットボード２０の振動モードの発生を抑制している。

また、特許文献２に記載された車両用交流発電機の整流装置では、端子台５０に、雌ねじ部５９が形成された固定金具５８がインサートされているとともに、固定金具５８に対向した、正極側放熱フィン４２の部位に貫通穴４４を形成し、固定ボルト７０を貫通穴４４に貫通させて雌ねじ部５９に締結することにより、正極側放熱フィン４２と端子台５０とが固定されている。

特許４０２０２１１号公報（段落００１０〜００１３、図２〜図４） 特許３８２６７７５号公報（段落００２２、図５）

上記特許文献１の図３に示すように、この整流装置１２は、負極側ヒートシンク２６と正極側ヒートシンク２４との間に、円筒形状の第１の絶縁部材４１のフランジが介在し、この第１の絶縁部材４１、正極側ヒートシンク２４の孔及び第１の取付部２０ａの孔に、フランジを有する円筒形状の第２の絶縁部材４２を貫通することで、サーキットボード２０、正極側ヒートシンク２４及び負極側ヒートシンク２６が一体化されている。
また、このようにして一体化された整流装置１２は、それぞれの第２の絶縁部材４２にねじ４０を貫通し、リヤブラケット２に螺着することで、リヤブラケット２に固定されている。

上記第１の絶縁部材４１のフランジは、熱膨張係数が異なるアルミニウム製の負極側ヒートシンク２６と正極側ヒートシンク２４との間に挟まれており、交流発電機が−４０℃〜１２０℃の環境下で使用される車両搭載時には、サーキットボード２０、正極側ヒートシンク２４及び負極側ヒートシンク２６の互いの結合が不安定であった。
そのため、車両搭載時に加わる振動が、即ダイオード２３，２５とサーキットボード２０との接続部における破損を生じさせる虞があるという問題点があった。
また、整流装置１２に設ける振動抑制部２０ａｂ，２０ａｃは、取付部２０ａ，２０ｂ，２０ｃよりも肉厚が大きいので、サーキットボード２０自体の重量が増大し、そのまま上記接続部に加わる虞があるという問題点もあった。

また、上記特許文献２では、電位を有することになる正極側放熱フィン４２に、貫通穴４４を形成し、この貫通穴４４に固定ボルト７０を貫通した後固定金具５８に締結しているので、異物が付着する等の使用環境下において、部分放電が生じる虞があるという問題点があった。
また、端子台５０に固定金具５８をインサートするとともに、負極側放熱フィン３２に固定ボルト７０の締結作業用の貫通穴３６を形成しており、構造が複雑であるという問題点もあった。

この発明は、上記のような問題点を解決することを課題とするものであって、簡単の構造でサーキットボードの振動が抑制される等の交流発電機を提供するものである。

この発明に係る交流発電機は、ケースと、このケースに回転自在に支持されたシャフトと、このシャフトに固定された回転子と、前記ケースの内壁面に固定されたステータコア及びこのステータコアに巻回されて構成されたステータコイルからなるステータと、
前記ステータコイルに電気的に接続されステータコイルで生じた交流を直流に整流する整流装置とを備え、前記整流装置は、全波整流回路を形成した複数の整流素子と、この整流素子を保持する負極側ヒートシンク及び正極側ヒートシンクと、前記整流素子と前記ステータコイルとを電気的に接続するサーキットボードとを有し、前記負極側ヒートシンク、前記正極側ヒートシンク及び前記サーキットボードが、前記シャフトの軸線方向に重畳状態の複数の取付部位で取付部材を用いて前記ケースに取り付けられた交流発電機において、隣接した前記取付部位間であって、前記サーキットボードと、前記負極側ヒートシンクまたは前記正極側ヒートシンクとが重なり当接した当接部位を形成し、この当接部位は、固定手段により固定されている。

この発明に係る交流発電機によれば、隣接した取付部位間に、サーキットボードと、負極側ヒートシンクまたは正極側ヒートシンクとが重なり当接した当接部位を形成し、この当接部位を固定手段により固定したので、サーキットボードの振動が抑制される等の効果がある。

実施の形態１.
以下、この発明の実施の形態１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。
なお、実施の形態１で記載する符号は、背景技術において特許文献１，２に記載された符号とは、関連性は無く、新たな符号を各部材、部位に付して説明する。
図１はこの発明の実施の形態１の車両用交流発電機を示す断面図、図２は図１の整流装置１４の平面図、図３は図１の負極側ヒートシンク２４の平面図、図４は図２のＩＶ−ＩＶ線に沿った矢視断面図、図５は図２のＶ−Ｖ線に沿った矢視断面図である。
この車両用交流発電機は、アルミニウム製のリヤブラケット２及びフロントブラケット１から構成されたケ−スと、リヤブラケット２のベアリング収納部３に嵌着されたリヤベアリング４及びフロントブラケット１のベアリング収納部５に嵌着されたフロントベアリング６により回転自在に支持されているとともに一端部にプ−リ７が固定されたシャフト８とを備えている。
また、車両用交流発電機は、シャフト８に固定されたランドル型の回転子９と、ケ−ス内の内壁面に固定されたステ−タ１０と、シャフト８の他端部に固定され回転子９に電流を供給するスリップリング１１と、スリップリング１１に先端面は摺動する一対のブラシ１２と、このブラシ１２を収納したブラシホルダ１３と、ステ−タ１０に電気的に接続されステ−タ１０で生じた交流を直流に整流する整流装置１４と、ブラシホルダ１３に嵌着されたヒ−トシンク１５と、このヒ−トシンク１５に接着されステ−タ１０で生じた交流電圧を所定範囲内に制御する調整する電圧調整器１６とを備えている。

回転子９は、電流を流して磁束を発生する回転子コイル１７と、回転子コイル１７を覆って設けられその磁束によって磁極が形成されるポ−ルコア１８とを備えている。ポールコア１８の軸線方向の両側には、冷却用の遠心ファン１９が溶接されている。
ステ−タ１０は、ステ−タコア２０と、このステ−タコア２０に導線が巻回され回転子９の回転に伴い、回転子コイル１７からの磁束の変化で交流が生じるステ−タコイル２１とを備えている。

整流装置１４は、円弧帯状のヒートシンク本体２２ａ及びこのヒートシンク本体２２ａの裏面に立設された複数個のフィン２２ｂで構成された正極側ヒートシンク２２と、この正極側ヒートシンク本体２２ａの表面に半田付けで固定され樹脂モールド成形された、整流素子である正極側ダイオード２３と、リヤブラケット２と面接触してアースされた円弧帯状の負極側ヒ−トシンク２４と、この負極側ヒートシンク２４に半田付けで固定され樹脂モールド成形された、整流素子である負極側ダイオード２５と、各々のダイオード２３，２５とステータコイル２１とを電気的に接続する配線がインサート成形されたサーキットボード２６とを備えており、ステータ１０で生じた三相交流を直流に整流している。
正極側ヒートシンク２２と負極側ヒートシンク２４とは、径方向にほぼ平面状に配置され、ケース内に収納されている。正極側ヒートシンク２２及び負極側ヒ−トシンク２４は熱伝導率の高いアルミニウムで構成されている。

サーキットボード２６は、所望形状の端子を絶縁樹脂で保持するもので、負極側ヒートシンク２４、正極側ヒートシンク２２と同様、円弧帯形状である。
サーキットボード２６の両側及び中間部には、サーキットボード用取付孔２７が形成されている。各サーキットボード用取付孔２７間には、サーキットボード用固定孔２８が形成されている。
サーキットボート２６と、正極側ヒートシンク２２及び負極側ヒートシンク２４とは、軸線方向に沿って並んで配置されている。
正極側ヒートシンク２２のヒートシンク本体２２ａには、正極側ダイオード２３が複数、周方向に間隔をおいて配設されている。このヒートシンク本体２２ａには、図４に示すように、サーキットボード用取付孔２７に対応して正極側取付孔２９が形成されている。
負極側ヒートシンク２４のサーキットボード２６側の面には、図３に示すように、負極側ダイオード２５が複数、周方向に間隔をおいて配設されている。この負極側ヒートシンク２４には、サーキットボード用取付孔２７に対応して負極側取付孔３０が形成されている。

図４に示すように、負極側ヒートシンク２４と正極側ヒートシンク２２との間に、円筒形状の第１の絶縁部材３１のフランジ３１ａが介在している。サーキットボード用取付孔２７、正極側取付孔２９及び第１の絶縁部材３１の孔には、フランジを有する円筒形状の第２の絶縁部材３２が貫通している。この第２の絶縁部材３２が貫通することで、サーキットボード２６、正極側ヒートシンク２２及び負極側ヒートシンク２４は一体化されている。
また、このようにして一体化された整流装置１４は、それぞれの第２の絶縁部材３２に取付部材であるねじ（図示せず）が貫通し、リヤブラケット２に螺着することで、リヤブラケット２に固定されている。
この実施の形態では、サーキットボード２６、正極側ヒートシンク２２及び負極側ヒートシンク２４がシャフト８の軸線方向に重畳された３箇所のそれぞれの取付部位で、取付部材であるねじを用いてリヤブラケット２に固定されている。

負極側ヒートシンク２４には、図５に示すように、第１の突起部３４が形成されている。この第１の突起部３４には、サーキットボード用固定孔２８に対応したヒートシンク用固定孔３３が形成されている。サーキッドボード２６には、第１の突起部３４の先端面と先端面が当接した第２の突起部３５が形成されている。この第２の突起部３５に形成されたサーキットボード用固定孔２８とヒートシンク用固定孔３３とは同軸上に位置している。サーキットボード用固定孔２８とヒートシンク用固定孔３３とは、固定手段である固定部材のリベット３６が貫通している。リベット３６の先端部は、負極側ヒートシンク２４に形成された溝部３９に露出している。
このリベット３６の先端部が径方向に押し潰されることで、第１の突起部３４の先端面と第２の突起部３５の先端面とが当接する当接部位は、リベット３６により強固に結合されている。

図６は図５の要部拡大図であり、ヒートシンク用固定孔３３の内径は、サーキットボード用固定孔２８の内径よりも大きい。このため、サーキットボード２６と負極側ヒートシンク２４との重なりが微妙にずれた場合であっても、リベット３６をサーキットボード用固定孔２８及びヒートシンク用固定孔３３を挿入する際に、リベット３６の先端部がヒートシンク用固定孔３３の入口角部に衝突してリベット３６及び第１の突起部３４の破損するのを防止することができ、また組立作業性が向上する。

また、ヒートシンク用固定孔３３の内径寸法は、リベット３６の挿入方向に沿って小さくなって、内壁面がテーパ面である。このテーパ面は、負極側ヒートシンク２４のダイカストによる成形での抜き勾配を利用して容易に形成される。

また、負極側ダイオード２５が固定された負極側ヒートシンク２４の設置面から第１の突起部３４は、サーキットボード２６側に突出しており、第１の突起部３４及び第２の突起部３５にはそれだけ遠心ファン１９の回転により生じた冷却風が衝突し、第１の突起部３４及び第２の突起部３５は、放熱用フィンとして機能している。しかも、第１の突起部３４及び第２の突起部３５は、発熱体である負極側ダイオード２５に接近して設けられているので、第１の突起部３４及び第２の突起部３５による、放熱効果は大である。

また、各サーキットボード用固定孔２８は、３箇所に形成されたサーキットボード用取付孔２７を結ぶ円弧上よりも、外径側に形成されている。従って、振動振幅の大きいサーキットボード２６の外径側が負極側ヒートシンク２４と一体化され、サーキットボード２６の耐震性が向上する。

また、負極側ヒートシンク２４に形成された第１の突起部３４は、リベット３６の軸線方向に沿って延びており、第１の突起部３４の先端面と第２の突起部３５の先端面との当接部位は、サーキットボード２６から露出した端子３７と正極側ダイオード２３から導出した端子３８との当接部位に接近している。従って、当接部位と上記接続部位との距離が短くなり、上記当接部位を起点としたサーキットボード２６の振動に対しては、上記接続部位の振幅は小さく抑えられ、接続部位の耐震性が向上する。

また、サーキットボード２６の第２の突起部３５の高さをＳ１、負極側ヒートシンク２４の高さをＨ１としたとき、このＳ1の値は、取付孔２７におけるサーキットボード２６の厚みＳ２と、第１の絶縁部材３１のフランジ３１ａの厚みＨ２とを足し合わせた値とほぼ等しい。
サーキットボード２６は、例えばポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂で構成されており、また第１の絶縁部材３１も、サーキットボード２６と同じ樹脂を使用しており、熱履歴を経ても、取付孔２７，２９，３０の近傍の取付部位のサーキットボード２６及び第１の絶縁部材３１と、固定孔２８，３３の近傍の固定部位のサーキットボード２とは、変化状態がほぼ同等となり、架橋状態の構成での歪みが生じるのを回避することができる。
なお、サーキットボード２６及び第１の絶縁部材３１は、必ずしも同一樹脂部材を用いることはなく、物性が近似したもの同士でもよい。

また、第１の突起部３４の先端面と第２の突起部３５の先端面とが当接する当接部位については、サーキットボード２６の表面から負極側ヒートシンク２４の裏面までの整流装置１４の厚みＡ１のうち、金属部材である負極側ヒートシンク２４の厚みＡ２が占める割合（Ａ２/Ａ１）が１/２以上であることが望ましい。
このようにすることで、樹脂材の劣化による寸法変化の影響を出来る限り少なくすることができる。

また、サーキットボード２６と固定されない正極側ヒートシンク２２には孔を設けることなく、固定すべき負極側ヒートシンク２４のみにヒートシンク用固定孔３３を形成し、サーキットボード２６のサーキットボード用固定孔２８、ヒートシンク用固定孔３３にリベット３６を貫通し、このリベット３６の先端部を径方向に押し潰すことで、サーキットボード２６と負極側ヒートシンク２４とは強固に結合される。

また、サーキットボード２６は、アースされた負極側ヒートシンク２４と固定されており、異物が上記固定部位に付着する使用環境下であっても、放電の発生が抑制される。
また、正極側ヒートシンク２２が電蝕した場合でも、サーキットボード２６は負極側ヒートシンク２４に直接固定されているので、耐久性と耐振性とを損なわない。

また、リベット３６の先端部は、溝部３９を突出することなく、径方向に拡大して潰されており、リベット３６によりリヤブラケット２の形状を変更する必要性はない。

なお、上記実施の形態では、固定部材としてリベット３６を用いたが、ネジ、ピン、ロールピン等を用いてもよく、またブラインドリベットでもよい。
また、第１の突起部３４の先端面と第２の突起部３５の先端面とが当接した当接部位を固定する固定手段として固定部材であるリベット３６を用いたが、固定部材を用いることなく、固定手段として接着材を用いて第１の突起部３４の先端面と第２の突起部３５の先端面とを固定してもよい。この接着剤を用いることで、重量を増大させることなく、サーキットボード２６の振動を抑制することができる。

また、サーキットボード２６の第２の突起部３５を廃止し、負極側ヒートシンクの第２の突起部の先端面をそのままサーキットに当接するようにしてもよい。
また、上記実施の形態では、サーキットボード２６と負極側ヒートシンク２４との当接部位を、リベット３６を用いて固定したが、サーキットボード２６と正極側ヒートシンク２２との当接部位を、リベット、接着材等の固定手段を用いて固定してもよい。

また、リヤブラケットが負極側ヒートシンクを兼ねてもよい。

また、上記実施の形態では、正極側ヒートシンク２２の径方向外側に負極側ヒートシンク２４が配置された車両用交流発電機について説明したが、負極側ヒートシンクの径方向外側に正極側ヒートシンクが配置された車両用交流発電機であってもこの発明は適用できる。
また、上記実施の形態では、車両用交流発電機について説明したが、この発明は、車両搭載用エンジンをエンジン、電動機及び水車等を駆動源として回転駆動されるその他の交流発電機にも適用できる。
また、整流素子として、ダイオード２３，２５以外に、例えばＭＯＳ−ＦＥＴ、ＩＧＢＴ、バイポーラトランジスタを用いてもよい。

この発明の実施の形態１に係る車両用交流発電機を示す断面図である。 図１の整流装置を示す正面図である。 図２の負極側ヒートシンクを示す正面図である。 図２の取付部位におけるＩＶ−ＩＶ線に沿った矢視断面図である。 図２の固定部位におけるＶ−Ｖ線に沿った矢視断面図である。 図５の拡大図である。

符号の説明

１ フロントブラケット、２ リヤブラケット、８ シャフト、９ 回転子、１０ ステータ、１４ 整流装置、２０ ステータコア、２１ スタータコイル、２２ 正極側ヒートシンク、２３ 正極側ダイオード（整流素子）、２４ 負極側ヒートシンク、２５ 負極側ダイオード（整流素子）、２６ サーキットボード、２７ サーキットボード用取付孔、２８ サーキットボード用固定孔、２９ 正極側取付孔、３０ 負極側取付孔、３１ 第１の絶縁部材、３２ 第２の絶縁部材、３３ ヒートシンク用固定孔、３４ 第１の突起部、３５ 第２の突起部、３６ リベット（固定手段）、３７，３８ 端子、３９ 溝。

Claims (8)

1. ケースと、
   このケースに回転自在に支持されたシャフトと、
   このシャフトに固定された回転子と、
   前記ケースの内壁面に固定されたステータコア及びこのステータコアに巻回されて構成されたステータコイルからなるステータと、
   前記ステータコイルに電気的に接続されステータコイルで生じた交流を直流に整流する整流装置とを備え、
   前記整流装置は、全波整流回路を形成した複数の整流素子と、この整流素子を保持する負極側ヒートシンク及び正極側ヒートシンクと、前記整流素子と前記ステータコイルとを電気的に接続するサーキットボードとを有し、
   前記負極側ヒートシンク、前記正極側ヒートシンク及び前記サーキットボードが、前記シャフトの軸線方向に重畳状態の複数の取付部位で取付部材を用いて前記ケースに取り付けられた交流発電機において、
   隣接した前記取付部位間に、前記サーキットボードと、前記負極側ヒートシンクまたは前記正極側ヒートシンクとが重なり当接した当接部位を形成し、この当接部位は、固定手段により固定されていることを特徴とする交流発電機。
2. 前記固定手段は、各前記取付部材を結んで形成された円弧線より外径側に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の交流発電機。
3. 前記固定手段は、前記円弧線の周方向中央部で、かつ前記整流素子に接近して設けられていることを特徴とする請求項２に記載の交流発電機。
4. 前記当接部位では、前記サーキットボードと対面する、前記負極側ヒートシンクまたは前記正極側ヒートシンクに、サーキットボード側に突起した突起部が形成されており、この突起部の先端面が前記サーキットボードに当接していることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の交流発電機。
5. 前記突起部には、前記サーキットボードに形成されたサーキットボード用固定孔と同軸に形成されたヒートシンク用固定孔が形成されており、このヒートシンク用固定孔は、前記サーキットボード側での内径が、前記サーキットボード用固定孔の内径よりも大きく、
   前記固定手段である固定部材は、前記サーキットボード用固定孔及び前記ヒートシンク用固定孔に挿入されていることを特徴とする請求項４に記載の交流発電機。
6. 前記ヒートシンク用固定孔が形成された、前記負極側ヒートシンクまたは前記正極側ヒートシンクには、反サーキットボード側でヒートシンク用固定孔と連通した溝が形成されており、前記固定部材の先端部は、前記溝の底面に係止されていることを特徴とする請求項５に記載の交流発電機。
7. 前記固定部材は、前記サーキットボード用固定孔と、前記負極側ヒートシンクに形成された前記ヒートシンク用固定孔とに挿入されていることを特徴とする請求項６に記載の交流発電機。
8. 前記ケースは、第１のブラケットと第２のブラケットとから構成されており、前記第１のブラケットが前記負極側ヒートシンクを兼ねていることを特徴とする請求項１〜７の何れか１項に記載の交流発電機。

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