JP2010074877A - 回転電機および整流器用ヒートシンクの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】この発明は、冷却風の流量を確保しつつ、量産性を高めた回転電機および整流器用ヒートシンクの製造方法を得る。
【解決手段】所定の軸方向長さを有し、断面円弧状の筒体の第1ヒートシンクベース24がシャフト19と略同軸に配置され、放熱フィン25が第1ヒートシンクベース24の内周面から、周方向に所定のピッチで放射状に立設され、矩形平板状のダイオードベース26が円弧状に曲げられて第1ヒートシンクベース24の外周面に取り付けられている。そして、正極側ダイオード21がダイオードベース26の外周面に実装されている。弧状かつ帯状の平板に形成された第2ヒートシンクベース31が第1ヒートシンクベース24の外径側で、かつシャフト19の軸心と直交する略平面状に配置されてケース1の内壁面に取り付けられ、負極側ダイオード22が第2ヒートシンクベース31の回転子16側の表面に実装されている。
【選択図】図1
【解決手段】所定の軸方向長さを有し、断面円弧状の筒体の第1ヒートシンクベース24がシャフト19と略同軸に配置され、放熱フィン25が第1ヒートシンクベース24の内周面から、周方向に所定のピッチで放射状に立設され、矩形平板状のダイオードベース26が円弧状に曲げられて第1ヒートシンクベース24の外周面に取り付けられている。そして、正極側ダイオード21がダイオードベース26の外周面に実装されている。弧状かつ帯状の平板に形成された第2ヒートシンクベース31が第1ヒートシンクベース24の外径側で、かつシャフト19の軸心と直交する略平面状に配置されてケース1の内壁面に取り付けられ、負極側ダイオード22が第2ヒートシンクベース31の回転子16側の表面に実装されている。
【選択図】図1
Description
この発明は、車両用交流発電機などの回転電機に関し、特に整流器を構成するダイオードを冷却するヒートシンクの構造および製造方法に関するものである。
従来の車両用交流発電機では、交流を整流するためのダイオードとその冷却フィンとを備え、冷却フィンは、回転軸に同心状に配設され回転軸に向かって突出する複数のフィンを有する半円弧状の第1のフィンベースと、回転軸に同心状にこの第1のフィンベースと間隔を開けて配設され回転軸と反対の方向に突出する複数のフィンを有する半円弧状の第2のフィンベースと、により構成されている(例えば、特許文献1参照)。
そして、特許文献1には、ダイオードのうちの正極側ダイオードが第1のフィンベースの外周面に径方向外方から取り付けられ、ダイオードのうちの負極側ダイオードが第2のフィンベースの内周面に径方向内方から取り付けられている第1のダイオード取り付け構造が開示されている。さらに、特許文献1には、正極側ダイオードが第1のフィンベースの外周面から径方向外方に突設されて周方向に延在するダイオードベースの軸方向の一面に取り付けられ、負極側ダイオードが第2のフィンベースの内周面から径方向内方に突設されて周方向に延在するダイオードベースの軸方向の一面に取り付けられている第2のダイオード取り付け構造が開示されている。
上述の第1のダイオード取り付け構造では、ダイオードの取り付け面が半円筒面となり、ケーシングから流入した冷却風が取り付け面に沿って軸方向に流れる。そこで、通風抵抗が小さくなり、冷却風の流量が多くなり、ダイオードでの発熱を効果的に放熱できる。しかしながら、それぞれのダイオードの取り付け方向が異なる径方向となり、ダイオードの取り付け作業性が低下する。さらに、ダイオードとフィンベースとの接合に半田接合を採用した場合、複数のダイオードを取り付け面に貼り付けて加熱により半田を溶融すると、溶融した半田が半円筒面の面形状に沿って流動して滴下してしまう。そのため、リフローなどの簡易なプロセスを用いて複数のダイオードを同時に半田付けすることが困難であり、量産性が低下する。
一方、上述の第2のダイオード取り付け構造では、ダイオードの取り付け面は平面となるので、それぞれのダイオードの取り付け方向は取り付け面と直交する方向となり、ダイオードの取り付け作業性が向上する。さらに、複数のダイオードを取り付け面に貼り付けて加熱により半田を溶融しても、溶融した半田が流動して滴下してしまうもなく、リフローなどの簡易なプロセスを用いることができる。しかしながら、ダイオードを取り付けるためのダイオードベースは、フィンベースの外周面あるいは内周面から径方向に突設されて周方向に延在しているので、ケーシングから流入した冷却風の軸方向の流れを遮ることになる。そこで、通風抵抗が大きくなり、冷却風の流量が少なくなり、ダイオードでの発熱を効果的に放熱できなくなるという問題が生じる。
この発明は、このような課題を解決するためになされたものであって、通風抵抗の増大を抑えて、冷却風の流量を確保しつつ、複数のダイオードを同時に、かつ簡易に取り付けできるようにして、量産性を高めた回転電機および整流器用ヒートシンクの製造方法を得ることを目的とする。
この発明による回転電機は、ケースと、このケースに軸支されたシャフトに固着されて該ケース内に配設された回転子と、上記ケースに支持されて上記回転子の外周を覆うように配設され、固定子コイルが固定子鉄心に巻装されてなる固定子と、上記ケース内の上記回転子の軸方向の一側に配設され、上記固定子コイルに電気的に接続されて該固定子コイルで生じた交流を直流に整流する整流器と、上記回転子の軸方向の一側の端面に固着されたファンと、を備えている。そして、上記整流器は、所定の軸方向長さを有し、軸方向と直交する断面が弧状の筒体に形成され、上記シャフトと略同軸に配置された第1ヒートシンクベース、上記第1ヒートシンクベースの内周面から、周方向に所定のピッチで、放射状に立設され、それぞれ軸方向に延在する複数の放熱フィン、および矩形平板状に形成され、弧状に曲げられて上記第1ヒートシンクベースの外周面に熱接触状態に取り付けられた金属製のダイオードベースを有する第1ヒートシンクと、弧状、かつ帯状の板体に形成され、上記第1ヒートシンクベースの外径側で、かつ上記シャフトの軸心と直交する略平面状に配置されて上記ケースの内壁面に熱接触状態に取り付けられた第2ヒートシンクベースを有する第2ヒートシンクと、上記ダイオードベースの外周面および上記第2ヒートシンクベースの上記回転子側の表面の一方に実装された複数の正極側ダイオードと、上記ダイオードベースの外周面および上記第2ヒートシンクベースの上記回転子側の表面の他方に実装された複数の負極側ダイオードと、を有する。
この発明によれば、所定の軸方向長さを有し、軸方向と直交する断面が弧状の筒体に形成された第1ヒートシンクベースが、シャフトと略同軸に配置され、それぞれ軸方向に延在する複数の放熱フィンが第1ヒートシンクベースの内周面から、周方向に所定のピッチで、放射状に立設され、矩形平板状のダイオードベースが弧状に曲げられて第1ヒートシンクベースの外周面に熱接触状態に取り付けられている。そこで、放熱面積を増加でき、第1ヒートシンクの冷却能力が向上する。また、ファンの駆動によりケース内に吸気された冷却風が第1ヒートシンクに阻害されることなく軸方向に流れるので、通風抵抗の増大が抑えられ、十分な冷却風の風量が確保される。
また、第2ヒートシンクベースが第1ヒートシンクベースの外径側に配置されるので、放熱面積を増加でき、第2ヒートシンクの冷却能力が向上する。
また、第2ヒートシンクベースが第1ヒートシンクベースの外径側に配置されるので、放熱面積を増加でき、第2ヒートシンクの冷却能力が向上する。
矩形平板状のダイオードベースが弧状に曲げられて第1ヒートシンクベースの外周面に取り付けられているので、ダイオードベースを弧状に曲げるに先立って正極側又は負極側ダイオードを矩形平板状のダイオードベースに実装できる。そこで、ダイオードベースおよび第2ヒートシンクベースの各ダイオード実装面がほぼ同一平面上に位置し、ダイオード取り付け方向が一方向となり、正極側および負極側ダイオードの実装が容易となり、量産性が向上する。
図1はこの発明の一実施の形態に係る車両用交流発電機を示す断面図、図2はこの発明の一実施の形態に係る車両用交流発電機における整流器を示す斜視図、図3はこの発明の一実施の形態に係る車両用交流発電機における電気回路図、図4はこの発明の一実施の形態に係る車両用交流発電機における整流器に適用される正極側ダイオードの構成を説明する断面図、図5はこの発明の一実施の形態に係る車両用交流発電機における整流器に適用される負極側ダイオードの構成を説明する断面図、図6はこの発明の一実施の形態に係る車両用交流発電機における整流器に適用される第1ヒートシンクの組立方法を模式的に説明する工程図、図7はこの発明の一実施の形態に係る車両用交流発電機における整流器に適用される第1ヒートシンクの正極側ダイオード実装状態を模式的に示す平面図である。
図1乃至図3において、車両用交流発電機100は、それぞれ略椀形状のアルミ製のフロントブラケット2とリアブラケット3とからなるケース1と、シャフト19をケース1に軸受4を介して支持されて、ケース1内に回転自在に配設された回転子16と、ケース1のフロント側に延出するシャフト19の端部に固着されたプーリ5と、回転子16の軸方向の両端面に固定されたファン6と、回転子16に対して一定のエアギャップ10を有して、回転子16の外周を囲繞してケース1に固定された固定子13と、シャフト19のリア側に固定され、回転子16に電流を供給する一対のスリップリング7と、各スリップリング7の表面に摺動する一対のブラシ8と、これらのブラシ8を収容するブラシホルダ9と、固定子13に電気的に接続され、固定子13で生じた交流を直流に変換する整流器20と、ブラシホルダ9に嵌着されたヒートシンク12に取り付けられて、固定子13で生じた交流電圧の大きさを調整する電圧調整器11と、を備えている。
固定子13は、円筒状の固定子鉄心14と、固定子鉄心14に巻装され、回転子16の回転に伴い、界磁コイル17からの磁束の変化で交流が生じる固定子コイル15と、を備えている。
回転子16は、励磁電流が流されて磁束を発生する界磁コイル17と、界磁コイル17を覆うように設けられ、その磁束によって磁極が形成されるポールコア18と、ポールコア18の軸心位置に貫装されたシャフト19と、を備えている。ファン6がポールコア18の軸方向両端面に溶接などにより固着されている。
整流器20は、正極側ダイオード21と、負極側ダイオード22と、正極側ダイオード21を支持する第1ヒートシンク23と、負極側ダイオード22を支持する第2ヒートシンク30と、正極側および負極側ダイオード21,22と固定子コイル15とを電気的に接続するサーキットボード32と、を備えている。
正極側ダイオード21は、図4に示されるように、N型半導体とP型半導体とをPN接合して構成された整流素子21a、整流素子21aのN型半導体のP型半導体と逆側の面に半田接合された銅ベース21b、整流素子21aと銅ベース21bとをモールドして略直方体に成形された絶縁性樹脂部21c、および一端が整流素子21aのP型半導体に接続されて絶縁性樹脂部21cから延出され、他端がサーキットボード32に接続されるリード端子21dを備えている。負極側ダイオード22は、図5に示されるように、N型半導体とP型半導体とをPN接合して構成された整流素子22a、整流素子22aのP型半導体のN型半導体と逆側の面に半田接合された銅ベース22b、整流素子22aと銅ベース22bとをモールドして略直方体に成形された絶縁性樹脂部22c、および一端が整流素子22aのN型半導体に接続されて絶縁性樹脂部22cから延出され、他端がサーキットボード32に接続されるリード端子22dを備えている。
第1ヒートシンク23は、所定の軸方向長さおよび所定の肉厚を有し、軸方向と直交する断面が円弧状の筒体に形成された第1ヒートシンクベース24と、第1ヒートシンクベース24の内周面から、周方向に等角ピッチで放射状に立設され、それぞれ軸方向に延在する複数の放熱フィン25と、第1ヒートシンクベース24と同等の軸方向長さを有する矩形平板状に形成され、円弧状に曲げられて第1ヒートシンクベース24の外周面に熱接触状態に固着されたダイオードベース26と、を有する。そして、正極側ダイオード21が、ダイオードベース26の外周面に、周方向に所定の間隔をおいて配置されて銅ベース21bを、例えば半田接合されて固着されている。放熱フィン25を有する第1ヒートシンクベース24からなるヒートシンク基体は、例えばアルミなどの良好な熱伝導性を有する金属材料を用い、引き加工、切削加工などにより作製されている。また、ダイオードベース26は、例えばアルミなどの良好な熱伝導性を有する金属薄板を矩形平板状に加工して作製されている。
ここで、被嵌合部としての断面台形の嵌合溝27が溝方向を軸方向として第1ヒートシンクベース24の外周面の周方向両側の部位に凹設されている。また、嵌合部としての断面台形の嵌合凸部28が延設方向を軸方向としてダイオードベース26の内周面の周方向両側の部位に突設されている。そして、ダイオードベース26は、嵌合凸部28を嵌合溝27に嵌着させて位置決め固定され、さらにアルミリベット29を用いて第1ヒートシンクベース24にリベット接合されている。
第2ヒートシンク30は、所定の肉厚および所定の径方向幅を有し、円弧帯状の板体に形成された第2ヒートシンクベース31を有する。この第2ヒートシンクベース31の内径はダイオードベース26の外径より大径に作製されている。そして、負極側ダイオード22が、第2ヒートシンクベース31の厚み方向の一面に、周方向に所定の間隔をおいて配置されて銅ベース22bを、例えば半田接合されて固着されている。第2ヒートシンクベース31は、例えばアルミなどの良好な熱伝導性を有する金属材料で作製されている。
そして、第1ヒートシンク23が、第1ヒートシンクベース24を、ブラシホルダ9とともにスリップリング7を囲繞し、かつシャフト19と同軸にリアブラケット3内に配設して取り付けられている。また、第2ヒートシンク30が、第1ヒートシンク23の回転子16側でシャフト19の軸心に直交する平面状に、ダイオードベース26の外径側に、シャフト19と同軸に配置され、第2ヒートシンクベース31の厚み方向の他面をリアブラケット3の内壁面に密接させて取り付けられている。つまり、第2ヒートシンクベース31は、リアブラケット3の内壁面に熱接触状態を確保して、電気的に接続状態に取り付けられ、アースされている。このように配設された正極側および負極側ダイオード21,22は、サーキットボード32により、正極側ダイオード21と負極側ダイオード22とを直列に接続してなる3つのダイオード対によるダイオードブリッジを構成するように接続されている。
固定子コイル15は、3つの巻線15a、15b、15cをY結線して三相交流巻線に構成され、各巻線15a、15b、15cの各出力端が各ダイオード対の正極側ダイオード21と負極側ダイオード22との接続点に接続されている。そして、固定子コイル15の各出力端から出力される三相交流電圧が整流器20により全波整流されて出力される。
ここで、複数のフロント側吸気孔2aがフロントブラケット2の端面に穿設され、複数のフロント側排気孔2bが固定子コイル15のフロント側コイルエンド15fと径方向に相対するようにフロントブラケット2に穿設されている。
また、複数の第1リア側吸気孔3aが第1ヒートシンク23の放熱フィン25の周方向のほぼ全域と軸方向に相対するようにリアブラケット3に円弧状に穿設され、複数の第2リア側吸気孔3bが第1ヒートシンク23のダイオードベース26の外周面の周方向のほぼ全域と径方向に相対するようにリアブラケット3に穿設され、第3リア側吸気孔3cが電圧調整器11を取り付けるためのヒートシンク12と軸方向に相対するようにリアブラケット3に穿設されている。また、複数のリア側排気孔3dが固定子コイル15のリア側コイルエンド15rと径方向に相対するようにリアブラケット3に穿設されている。
また、複数の第1リア側吸気孔3aが第1ヒートシンク23の放熱フィン25の周方向のほぼ全域と軸方向に相対するようにリアブラケット3に円弧状に穿設され、複数の第2リア側吸気孔3bが第1ヒートシンク23のダイオードベース26の外周面の周方向のほぼ全域と径方向に相対するようにリアブラケット3に穿設され、第3リア側吸気孔3cが電圧調整器11を取り付けるためのヒートシンク12と軸方向に相対するようにリアブラケット3に穿設されている。また、複数のリア側排気孔3dが固定子コイル15のリア側コイルエンド15rと径方向に相対するようにリアブラケット3に穿設されている。
つぎに、第1ヒートシンク23の製造方法について図6および図7を参照しつつ説明する。
まず、ダイオードベース26が、例えばアルミニウム薄板を用いて、第1ヒートシンクベース24の軸方向長さおよび周方向長さに略等しい長さを有する短辺および長辺とする矩形平板状に作製される。そして、図6の(a)に示されるように、断面台形の嵌合凸部28がダイオードベース26の裏面の長さ方向の両端側に突設され、貫通穴40がダイオードベース26の嵌合凸部28の近傍に穿設される。さらに、切り欠き41が、切り欠き方向を幅方向として、ダイオードベース26の裏面に長さ方向で正極側ダイオード21の各実装領域に対向する領域を挟むように凹設される。
まず、ダイオードベース26が、例えばアルミニウム薄板を用いて、第1ヒートシンクベース24の軸方向長さおよび周方向長さに略等しい長さを有する短辺および長辺とする矩形平板状に作製される。そして、図6の(a)に示されるように、断面台形の嵌合凸部28がダイオードベース26の裏面の長さ方向の両端側に突設され、貫通穴40がダイオードベース26の嵌合凸部28の近傍に穿設される。さらに、切り欠き41が、切り欠き方向を幅方向として、ダイオードベース26の裏面に長さ方向で正極側ダイオード21の各実装領域に対向する領域を挟むように凹設される。
そして、3つの正極側ダイオード21が、図6の(b)に示されるように、それぞれ銅ベース21bをダイオードベース26に半田42により接合されて、ダイオードベース26の表面に長さ方向に所定の間隔をおいて実装される。
ついで、図6の(c)に示されるように、ダイオードベース26に曲げ加工を施す。このとき、ダイオードベース26は、裏面を内周側に向けて、正極側ダイオード21の実装領域の外側に位置する切り欠き41の部位を屈曲して円弧状に曲げられる。このとき、切り欠き41の端面同士が当接する。
ついで、図6の(c)に示されるように、ダイオードベース26に曲げ加工を施す。このとき、ダイオードベース26は、裏面を内周側に向けて、正極側ダイオード21の実装領域の外側に位置する切り欠き41の部位を屈曲して円弧状に曲げられる。このとき、切り欠き41の端面同士が当接する。
ついで、ダイオードベース26をさらに曲げ、図6の(d)に示されるように、嵌合凸部28を第1ヒートシンクベース24の嵌合溝27に嵌着する。これにより、ダイオードベース26は裏面を第1ヒートシンクベース24の外周面に密接した状態に位置決め固定される。ここで、貫通穴43が第1ヒートシンクベース24の嵌合溝27の近傍に穿設されている。そこで、図7に示されるように、アルミリベット29を貫通穴40、43に挿通し、その延出端をカシメて、ダイオードベース26が第1ヒートシンク23にリベット接合される。なお、ダイオードベース26と第1ヒートシンクベース24との間の熱接触状態は、少なくとも嵌合凸部28と嵌合溝27との嵌合部、さらにはリベット接合部で確保されている。また、ダイオードベース26と第1ヒートシンク23との間に良好な熱伝導性接着剤を塗布すれば、ダイオードベース26と第1ヒートシンクベース24との間の熱接触状態がより確実に確保される。
つぎに、このように構成された車両用交流発電機100の動作について説明する。
まず、電流がバッテリ(図示せず)からブラシ8およびスリップリング7を介して回転子16の界磁コイル17に供給され、磁束が発生される。この磁束により、ポールコア18が周方向に交互にN極とS極とに磁化される。
一方、エンジンの回転トルクがベルト(図示せず)およびプーリ5を介してシャフト19に伝達され、回転子16が回転される。そこで、回転磁界が固定子13の固定子コイル15に与えられ、起電力が固定子コイル15に発生する。この交流の起電力が、整流器20で直流電流に整流され、バッテリが充電され、或いは電気負荷に供給される。
まず、電流がバッテリ(図示せず)からブラシ8およびスリップリング7を介して回転子16の界磁コイル17に供給され、磁束が発生される。この磁束により、ポールコア18が周方向に交互にN極とS極とに磁化される。
一方、エンジンの回転トルクがベルト(図示せず)およびプーリ5を介してシャフト19に伝達され、回転子16が回転される。そこで、回転磁界が固定子13の固定子コイル15に与えられ、起電力が固定子コイル15に発生する。この交流の起電力が、整流器20で直流電流に整流され、バッテリが充電され、或いは電気負荷に供給される。
ファン6が回転子16の回転に連動して回転される。フロント側では、このファン6の回転により、外気(以下、冷却風という)がフロント側吸気孔2aからフロントブラケット2内に吸気される。そして、フロントブラケット2内に吸気された冷却風は、ファン6により遠心方向に曲げられ、フロント側コイルエンド15fを冷却した後、フロント側排気孔2bから外部に排気される。
一方、リア側では、ファン6の回転により、冷却風が第1および第2リア側吸気孔3a,3bからリアブラケット3内に吸気される。そして、第1リア側吸気孔3aからリアブラケット3内に吸気された冷却風は、図1中矢印Aで示されるように、放熱フィン25間を流通して回転子16まで軸方向に流れる。第2ヒートシンクベース31が取り付けられたリアブラケット3の部位の外表面に沿って流れて第2リア側吸気孔3bからリアブラケット3内に吸気された冷却風は、図1中矢印Bで示されるように、ダイオードベース26の外周面に沿って回転子16まで軸方向に流れる。第3リア側吸気孔3cからリアブラケット3内に吸気された冷却風は、ヒートシンク12の放熱フィン12a間を径方向内方に流れ、その後スリップリング7とブラシホルダ9との間を通って回転子16まで流れる。そして、回転子16まで流れてきた冷却風は、ファン6により遠心方向に曲げられ、リア側コイルエンド15rを冷却した後、リア側排気孔3dから外部に排気される。
そこで、電圧調整器11での発熱は、放熱フィン12a間を流通する冷却風に放熱される。整流器20の正極側ダイオード21での発熱は、ダイオードベース26から第1ヒートシンクベース24を介して放熱フィン25に伝達され、放熱フィン25間を流通する冷却風に放熱される。整流器20の負極側ダイオード22での発熱は、第2ヒートシンクベース31からリアブラケット3に伝達され、リアブラケット3の外表面に沿って流れる冷却風に放熱される。固定子コイル15での発熱は、フロント側コイルエンド15fおよびリア側コイルエンド15rからファン6により遠心方向に曲げられた冷却風に放熱される。また、フロントブラケット2内での冷却風の圧力とリアブラケット3内での冷却風の圧力との差圧から、例えば、フロントブラケット2側から回転子16中を通ってリアブラケット3側への冷却風の流れが発生する。そこで、界磁コイル17での発熱が回転子16中を流通するこの冷却風に放熱される。これにより、電圧調整器11、固定子コイル15、整流器20、および界磁コイル17などのケース1内に内蔵された発熱部品が冷却され、過度の温度上昇が抑えられる。
この発明によれば、第1ヒートシンク23は、所定の軸方向長さを有し、軸方向と直交する断面が円弧状の筒体に形成された第1ヒートシンクベース24と、第1ヒートシンクベース24の内周面から、周方向に等角ピッチで放射状に立設され、それぞれ軸方向に延在する複数の放熱フィン25と、第1ヒートシンクベース24と同等の軸方向長さを有する矩形平板状に形成され、円弧状に曲げられて第1ヒートシンクベース24の外周面に熱接触状態に固着されたダイオードベース26と、を有している。そこで、放熱面積を増加でき、第1ヒートシンク23の冷却能力が向上する。また、ファン6の駆動によりケース1内に吸気された冷却風が第1ヒートシンク23に阻害されることなく軸方向に流れるので、通風抵抗の増大が抑えられ、十分な冷却風の風量が確保される。
また、第2ヒートシンクベース31が第1ヒートシンクベース24の外径側に配置されるので、放熱面積を増加でき、第2ヒートシンク30の冷却能力が向上する。
また、第2ヒートシンクベース31が第1ヒートシンクベース24の外径側に配置されるので、放熱面積を増加でき、第2ヒートシンク30の冷却能力が向上する。
これにより、大電流の通電により正極側および負極側ダイオード21,22の損失が大きくなっても、正極側および負極側ダイオード21,22を許容温度以内に抑えることができる。そこで、車両用交流発電機100を大電流出力の用途に適用しても、正極側および負極側ダイオード21,22での発熱量が増大し、整流素子21a,22aと銅ベース21b,22bとを接合している半田に熱疲労に起因するクラックが生じ、正極側および負極側ダイオード21,22が破壊するような事態を未然に回避できる。
ダイオードベース26が円弧状に曲げられるに先だって、正極側ダイオード21が矩形平板状のダイオードベース26の表面に実装されるので、ダイオードベース26の各ダイオード実装面がほぼ同一平面上に位置し、ダイオード取り付け方向が一方向となり、正極側ダイオード21の実装が容易となり、量産性が向上する。
同様に、負極側ダイオード22が円弧帯状の板体に形成された第2ヒートシンクベース31の表面に実装されるので、第2ヒートシンクベース31の各ダイオード実装面がほぼ同一平面上に位置し、ダイオード取り付け方向が一方向となり、負極側ダイオード22の実装が容易となり、量産性が向上する。
さらに、溶融した半田がダイオードベース26や第2ヒートシンクベース31の表面から流れ落ちることがなく、リフロー半田付けが可能となり、量産性が向上される。
同様に、負極側ダイオード22が円弧帯状の板体に形成された第2ヒートシンクベース31の表面に実装されるので、第2ヒートシンクベース31の各ダイオード実装面がほぼ同一平面上に位置し、ダイオード取り付け方向が一方向となり、負極側ダイオード22の実装が容易となり、量産性が向上する。
さらに、溶融した半田がダイオードベース26や第2ヒートシンクベース31の表面から流れ落ちることがなく、リフロー半田付けが可能となり、量産性が向上される。
第1ヒートシンク23が、第1ヒートシンクベース24を、スリップリング7の外周側に、かつシャフト19と同軸にリアブラケット3内に配設されている。第1リア側吸気孔3aが放熱フィン25の周方向のほぼ全域と軸方向に相対するようにリアブラケット3に円弧状に穿設されている。第2リア側吸気孔3bがダイオードベース26の外周面の周方向のほぼ全域と径方向に相対するようにリアブラケット3に穿設されている。
そこで、スリップリング7と第1ヒートシンクベース24との間には、第1ヒートシンクベース24から立設されて軸方向に延在する放熱フィン25が周方向に所定のピッチで配列されているので、スリップリング7と第1ヒートシンクベース24との間の通風路の通風抵抗が小さくなる。これにより、第1リア側吸気孔3aから吸気されて放熱フィン25間の通風路を流通する冷却風の流量が増加し、正極側ダイオード21での発熱が冷却風に効果的に放熱され、正極側ダイオード21の過度の温度上昇が抑えられる。
正極側ダイオード21が実装されるダイオードベース26の外周面が円筒面となっているので、第2リア側吸気孔3bから吸気された冷却風は、ダイオードベース26の外周面に沿って軸方向に流れる。そこで、第2リア側吸気孔3bから吸気された冷却風の通風路の通風抵抗が小さくなる。これにより、第2リア側吸気孔3bから吸気される冷却風の流量が増加する。そこで、負極側ダイオード22での発熱が第2ヒートシンクベース31からリアブラケット3に伝達され、リアブラケット3の外表面から、流量が増加された第2リア側吸気孔3bから吸気される冷却風に効果的に放熱され、負極側ダイオード22の過度の温度上昇が抑えられる。
また、切り欠き41が、切り欠き方向を幅方向として、ダイオードベース26の裏面に長さ方向で正極側ダイオード21の各実装領域に対向する領域を挟むように形成されているので、正極側ダイオード21が実装されたダイオードベース26に曲げ加工を施すと、ダイオードベース26は切り欠き41の部位で屈曲して円弧状に曲げられる。そこで、正極側ダイオード21が実装されているダイオードベース26の部位が湾曲することに起因して、銅ベース21bとダイオードベース26との接合部にクラックが入り、剥離するような事態が回避される。
断面台形の嵌合溝27が溝方向を軸方向として第1ヒートシンクベース24の外周面の周方向両側の部位に凹設され、断面台形の嵌合凸部28が延設方向を軸方向としてダイオードベース26の内周面の周方向両側の部位に突設されている。そして、嵌合凸部28を嵌合溝27に嵌着させて、円弧状に曲げられたダイオードベース26を第1ヒートシンクベース24に位置決め固定している。そこで、円弧状に曲げられたダイオードベース26のスプリングバック力が、嵌合凸部28と嵌合溝27との嵌合によって受けられ、ダイオードベース26が安定した状態で第1ヒートシンクベース24に保持される。これにより、後工程であるリベット接合が一層簡易となる。
ダイオードベース26が第2ヒートシンクベース24にリベット接合されているので、半田接合の場合のように溶融した半田の流動の問題がなく、簡易に両者を接合できる。
なお、上記実施の形態では、嵌合溝27と嵌合凸部28との嵌合が第1ヒートシンクベース24の周方向の両側の2箇所で行われるものとしているが、嵌合溝27と嵌合凸部28との嵌合箇所は第1ヒートシンクベース24の周方向に所定の間隔で3箇所以上であってもよい。この場合、ダイオードベース26を第1ヒートシンクベース24の外周面に沿わせながら、嵌合凸部28を嵌合溝27に周方向の一側から他側に向かって順次嵌合させることで、ダイオードベース26を簡易に第2ヒートシンクベース24の外周面に密接状態に取り付けることができる。
また、上記実施の形態では、車両用交流発電機の固定子鉄心について説明しているが、この発明は、車両用交流発電機に限らず、車両用電動機や車両用発電電動機などの回転電機の固定子鉄心に適用しても、同様の効果を奏する。
また、上記実施の形態では、第1ヒートシンクベースがシャフトと同軸にリアブラケット内に配設されるものとして説明しているが、第1ヒートシンクベースは、シャフトと正確に同軸に配設される必要はなく、ブラシホルダと協働してシャフトを取り囲むように配設されていればよい。
また、上記実施の形態では、正極側ダイオードを第1ヒートシンクに実装するものとしているが、負極側ダイオードを第1ヒートシンクに実装するようにしてもよい。この場合、正極側ダイオードが実装される第2ヒートシンクは、リアブラケットに対して熱接触状態を確保して電気的な絶縁状態に取り付けられることになる。
また、上記実施の形態では、正極側ダイオードを第1ヒートシンクに実装するものとしているが、負極側ダイオードを第1ヒートシンクに実装するようにしてもよい。この場合、正極側ダイオードが実装される第2ヒートシンクは、リアブラケットに対して熱接触状態を確保して電気的な絶縁状態に取り付けられることになる。
また、上記実施の形態では、第1および第2ヒートシンクのそれぞれに3個の正極側および負極側ダイオードが実装されているものとしているが、第1および第2ヒートシンクのそれぞれに実装される正極側および負極側ダイオードの個数は3個に限定されるものではない。例えば、固定子コイルが2組の三相交流巻線で構成され、各組の三相交流巻線の出力を別々のダイオードブリッジで全波整流する場合には、第1および第2ヒートシンクのそれぞれに実装される正極側および負極側ダイオードの個数は6個となる。また、固定子コイルが1組の三相交流巻線で構成され、三相交流巻線の3つの出力端に加え、Y結線された中性点の出力をダイオードブリッジで全波整流する場合には、第1および第2ヒートシンクのそれぞれに実装される正極側および負極側ダイオードの個数は4個となる。
また、上記実施の形態では、第1ヒートシンクベースが円弧状断面を有する筒体に作製されているものとしているが、第1ヒートシンクベースは、円弧状断面に限定されるものではなく、所定の軸方向長さを有する断面弧状の筒体であればよく、例えば薄い直方体の平板を弧状に連結した断面弧状の筒体、つまり複数の角部を有する断面弧状の筒体でもよい。この場合、切り欠きは第1ヒートシンクベースの各角部に対応するようにダイオードベースに形成すればよい。
また、上記実施の形態では、第2ヒートシンクベースが円弧帯状の板体に作製されているものとしているが、第2ヒートシンクベースは、円弧状に限定されるものではなく、弧状、かつ帯状の板体であればよく、例えば薄い直方体の平板を弧状に連結した帯状の板体、つまり複数の角部を有する弧状、かつ帯状の板体でもよい。
また、上記実施の形態では、第2ヒートシンクベースが円弧帯状の板体に作製されているものとしているが、第2ヒートシンクベースは、円弧状に限定されるものではなく、弧状、かつ帯状の板体であればよく、例えば薄い直方体の平板を弧状に連結した帯状の板体、つまり複数の角部を有する弧状、かつ帯状の板体でもよい。
また、上記実施の形態では、ダイオードをダイオードベースに半田接合するものとして説明しているが、ダイオードのダイオードベースへの接合は半田接合に限定されるものではなく、例えばプレスフィット方式による接合でもよい。つまり、ダイオードを円柱状の外形形状に作製し、ダイオードベースに円筒形の丸穴をあけ、ダイオードをその丸穴に圧入して、ダイオードベースに接合してもよい。この場合、ダイオードベースはダイオードが接合された後、フィン付きヒートシンクに接合されるので、ダイオード圧入時に、ヒートシンクのフィンが変形するようなことがない。また、ダイオードが圧入されるダイオードベースが平板状であるので、ダイオードの圧入が簡易となるとともに、ダイオードの圧入強度を大きくできる。
1 ケース、3a 第1リア側吸気孔(第1吸気孔)、3b 第2リア側吸気孔(第2吸気孔)、6 ファン、13 固定子、14 固定子鉄心、15 固定子コイル、16 回転子、19 シャフト、20 整流器、21 正極側ダイオード、22 負極側ダイオード、23 第1ヒートシンク、24 第1ヒートシンクベース(ヒートシンク基体)、25 放熱フィン(ヒートシンク基体)、26 ダイオードベース、27 嵌合溝、28 嵌合凸部、29 アルミリベット、30 第2ヒートシンク、31 第2ヒートシンクベース、41 切り欠き、42 半田。
Claims (11)
- ケースと、このケースに軸支されたシャフトに固着されて該ケース内に配設された回転子と、上記ケースに支持されて上記回転子の外周を覆うように配設され、固定子コイルが固定子鉄心に巻装されてなる固定子と、上記ケース内の上記回転子の軸方向の一側に配設され、上記固定子コイルに電気的に接続されて該固定子コイルで生じた交流を直流に整流する整流器と、上記回転子の軸方向の一側の端面に固着されたファンと、を備え、
上記整流器は、所定の軸方向長さを有し、軸方向と直交する断面が弧状の筒体に形成され、上記シャフトと略同軸に配置された第1ヒートシンクベース、上記第1ヒートシンクベースの内周面から、周方向に所定のピッチで、放射状に立設され、それぞれ軸方向に延在する複数の放熱フィン、および矩形平板状に形成され、弧状に曲げられて上記第1ヒートシンクベースの外周面に熱接触状態に取り付けられた金属製のダイオードベースを有する第1ヒートシンクと、弧状、かつ帯状の板体に形成され、上記第1ヒートシンクベースの外径側で、かつ上記シャフトの軸心と直交する略平面状に配置されて上記ケースの内壁面に熱接触状態に取り付けられた第2ヒートシンクベースを有する第2ヒートシンクと、上記ダイオードベースの外周面および上記第2ヒートシンクベースの上記回転子側の表面の一方に実装された複数の正極側ダイオードと、上記ダイオードベースの外周面および上記第2ヒートシンクベースの上記回転子側の表面の他方に実装された複数の負極側ダイオードと、を有することを特徴とする回転電機。 - 第1吸気孔が上記複数の放熱フィンと軸方向に相対するように上記ケースに穿設され、
第2吸気孔が上記ダイオードベースの外周面と径方向に相対するように上記ケースに穿設されていることを特徴とする請求項1記載の回転電機。 - 上記正極側ダイオードおよび上記負極側ダイオードは、上記ダイオードベースの外周面および上記第2ヒートシンクベースの上記回転子側の表面に半田接合されていることを特徴とする請求項1又は請求項2記載の回転電機。
- 上記ダイオードベースは、上記正極側ダイオードおよび上記負極側ダイオードの一方のダイオードが一方の表面上に長さ方向に所定の間隔で複数実装され、かつ切り欠き方向を幅方向とする切り欠きが他方の表面のダイオード実装領域と対向する各領域の長さ方向の両側に形成された矩形平板状に形成され、該他方の表面が内周側となるように上記切り欠きの部位を屈曲させて弧状に曲げられて上記ヒートシンクベースの外周面に取り付けられていることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の回転電機。
- 嵌合部が上記ダイオードベースの内周面に形成され、被嵌合部が上記第1ヒートシンクベースの外周面に形成され、上記ダイオードベースが上記嵌合部を上記被嵌合部に嵌着して上記第1ヒートシンクベースに固定されていることを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載の回転電機。
- 上記ダイオードベースと上記第1ヒートシンクベースとがリベット接合されていることを特徴とする請求項1乃至請求項5のいずれか1項に記載の回転電機。
- 所定の軸方向長さを有し、軸方向と直交する断面が弧状の筒体に形成されたヒートシンクベース、および上記ヒートシンクベースの内周面から、周方向に所定のピッチで、放射状に立設され、それぞれ軸方向に延在する複数の放熱フィンを有するヒートシンク基体を作製する工程と、
複数のダイオードを矩形平板状の金属製のダイオードベースの一方の表面上に長さ方向に所定の間隔で実装するダイオード実装工程と、
上記ダイオードベースを他方の表面を内周側に向けて弧状に曲げるダイオードベース曲げ工程と、
弧状に曲げられた上記ダイオードベースを上記ヒートシンクベースの外周面に沿わせて熱接触状態に取り付けるダイオードベース取り付け工程と、
を備えた回転電機の整流器用ヒートシンクの製造方法。 - 上記ダイオード実装工程において、上記ダイオードが上記ダイオードベースの一方の表面に半田接合されることを特徴とする請求項7記載の回転電機の整流器用ヒートシンクの製造方法。
- 切り欠き方向を幅方向とする切り欠きが上記ダイオードベースの他方の表面のダイオード実装領域と対向する各領域の長さ方向の両側に形成されており、
上記ダイオードベース曲げ工程において、上記ダイオードベースが該他方の表面を内周側に向けて上記切り欠きの部位を屈曲させて弧状に曲げられることを特徴とする請求項7又は請求項8記載の回転電機の整流器用ヒートシンクの製造方法。 - 嵌合部が上記ダイオードベースの内周面に形成され、被嵌合部が上記第1ヒートシンクベースの外周面に形成されており、
上記ダイオードベース取り付け工程において、上記ダイオードベースが上記嵌合部を上記被嵌合部に嵌着して上記ヒートシンクベースに固定されることを特徴とする請求項7乃至請求項9のいずれか1項に記載の回転電機の整流器用ヒートシンクの製造方法。 - 上記ダイオードベース取り付け工程において、上記ダイオードベースと上記第1ヒートシンクベースとがリベット接合されることを特徴とする請求項7乃至請求項10のいずれか1項に記載の回転電機の整流器用ヒートシンクの製造方法。
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CN103997161A (zh) * | 2013-02-18 | 2014-08-20 | 三菱电机株式会社 | 车用交流发电机 |
CN109411974A (zh) * | 2018-10-30 | 2019-03-01 | 福建省青山纸业股份有限公司 | 一种带环形散热片的集电环 |
US11051433B2 (en) | 2018-01-11 | 2021-06-29 | Denso Corporation | Rectifier of rotating electric machine |
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-
2008
- 2008-09-16 JP JP2008236327A patent/JP2010074877A/ja active Pending
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