JP2011015513A

JP2011015513A - 回転電機

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Publication number: JP2011015513A
Application number: JP2009156776A
Authority: JP
Inventors: Toshiyuki Onishi; 俊之大西; Kazunori Tanaka; 和徳田中
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2009-07-01
Filing date: 2009-07-01
Publication date: 2011-01-20
Anticipated expiration: 2029-07-01
Also published as: CN101938193A; JP4869386B2; CN101938193B; KR20110002401A; KR101073322B1

Abstract

【課題】整流素子をヒートシンクに取付ける際の破損が低減され、また整流装置の整流素子の放熱性が大幅に向上した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は、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、ケースの内壁面に固定された固定子と、交流を直流に整流する整流素子１９及びこの整流素子１９を放熱するヒートシンク１８を有する整流装置とを備え、整流素子１９は、ヒートシンク１８の表面に面接触したベース２４と、このベース２４に搭載された半導体素子チップ２５と、ベース２４からヒートシンク１８側に突出した挿入部２７とを有し、この挿入部２７がヒートシンク１８に係合して、整流素子１９はヒートシンク１８に取付けられている。
【選択図】図２

Description

この発明は、交流を直流に整流する整流装置を有する回転電機に関するものである。

従来の車両用交流発電機の整流装置として、複数の整流素子、これらの整流素子が電気的かつ機械的に接続される金属製の正極側放熱フィン及び負極側放熱フィンを備え、正極側放熱フィン及び負極側放熱フィンにそれぞれ形成された貫通孔に整流素子を圧入したものが知られている。（例えば特許文献１参照）。
このものの場合、貫通孔に圧入された整流素子の底面が、冷却ファンの回転により生じた冷却風の通風路に配置された波形形状の放熱フィンに接触しており、整流素子の放熱性が図られている。

特開２００６−１４９０３９号公報（図４）

しかしながら、上記構成の車両用交流発電機の整流装置は、整流素子の放熱性を高めるためには、整流素子の周側面と貫通孔の内周壁面とを密接する必要性があり、そのため整流素子を貫通孔に圧入しなければならず、その圧入工程で整流素子に過度の荷重が加わり整流素子が破損することが生じることがあるという問題点があった。
また、整流素子は、波形形状の放熱フィンに底面が線接触で接触しており、接触面積は小さいので整流素子と放熱フィンとの間の熱抵抗が大きなってしまい、整流素子の放熱性が低い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消することを課題とするものであって、整流素子をヒートシンクに取付ける際の破損が低減され、また整流装置の整流素子の放熱性が大幅に向上した回転電機を提供することを目的とする。

この発明に係る回転電機は、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固定子コア及びこの固定子コアに巻装された固定子コイルとから構成された固定子と、前記固定子コイルに電気的に接続され交流を直流に整流する整流素子及びこの整流素子を放熱するヒートシンクを有する整流装置とを備え、前記整流素子は、前記ヒートシンクの表面に面接触したベースと、このベースに搭載された半導体素子チップと、前記ベースから前記ヒートシンク側に突出した取付け部とを有し、この取付け部がヒートシンクに係合して、整流素子はヒートシンクに取付けられている。

この発明による回転電機によれば、整流素子の取付け部がヒートシンクに係合して、整流素子はヒートシンクに取付けられているので、整流素子をヒートシンクに取付ける際の破損が低減される。
また、整流素子のベースがヒートシンクの表面に面接触しているので、整流素子とヒートシンクとの間の熱抵抗は低減し、整流素子の放熱性が向上する。

この発明の実施の形態１による車両用交流発電機の要部側断面図である。図１の負極側ヒートシンクと負極側整流素子との関係を示す分解斜視図である。図１の整流装置の整流素子を示す正面図である。図１の冷却フィンに整流素子の挿入部が埋設された様子を示す断面図である。図１の整流素子と異なる例を示す断面図である。この発明の実施の形態２による整流装置の整流素子を示す正面図である。図６の整流素子がヒートシンクに取付けられた様子を示す断面図である。図６と異なる例である、整流素子がヒートシンクに装着される様子を示す断面図である。この発明の実施の形態３による車両用交流発電機の要部側断面図である。図９の負極側ヒートシンクと負極側整流素子との関係を示す分解斜視図である。図９と異なる例の、負極側ヒートシンクと負極側整流素子との関係を示す分解斜視図である。図１のヒートシンクと異なる例を示すヒートシンクの斜視図である。

以下、この発明の各実施の形態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。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による車両用交流発電機の要部断面図、図２は図１の負極側ヒートシンク１８と負極側整流素子１９との関係を示す分解斜視図である。
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１及びフロントブラケット（図示せず）から構成されたケ−スと、リヤブラケット１のベアリング収納部２に嵌着されたリヤベアリング３及びフロントブラケットのベアリング収納部（図示せず）に嵌着されたフロントベアリング（図示せず）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（図示せず）が固定されたシャフト４とを備えている。
また、車両用交流発電機は、シャフト４に固定されたランドル型の回転子５と、ケ−ス内の内壁面に固定された固定子６と、シャフト４のプーリの反対側の端部に固定され回転子５に電流を供給するスリップリング７と、スリップリング７に先端面が摺動する一対のブラシ（図示せず）と、固定子６に電気的に接続され固定子６で生じた交流を直流に整流する整流装置８と、固定子６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（図示せず）とを備えている。

回転子５は、電流を流して磁束を発生する回転子コイル９と、回転子コイル９を覆って設けられた、一対の爪状磁極からなるポ−ルコア１０と、ポールコア１０の軸線方向の両側周面に溶接により固定された冷却用ファン１１が溶接されている。
固定子６は、固定子コア１２と、この固定子コア１２に導線が巻回され回転子５の回転に伴い、回転子コイル９からの磁束の変化で交流が生じる固定子コイル１３とを備えている。この固定子コイル１３から導出したリード線１４は、端子台１５、共通線３５を介して整流装置８と電気的に接続されている。

整流装置８は、正極側ヒートシンク１６及びこの正極側ヒートシンク１６に固定された正極側整流素子１７と、負極側ヒートシンク１８及びこの負極側ヒートシンク１８に固定された負極側整流素子１９とを備えている。
正極側ヒートシンク１６及び負極側ヒートシンク１８は、共にアルミニウムで構成されている。
正極側ヒートシンク１６は、長方形状の正極側ヒートシンク本体２０と、この正極側ヒートシンク本体２０の裏面に並設された複数個のフィン２１と、ヒートシンク本体２０の両側に設けられた固定部（図示せず）とを備えている。
負極側ヒートシンク１８は、正極側ヒートシンク本体２０と平行に対向した長方形状の負極側ヒートシンク本体２２と、この負極側ヒートシンク本体２２の裏面に並設された複数個のフィン２３と、負極側ヒートシンク本体２２の両側に設けられた固定部４０とを備えている。

図２に示す負極側整流素子１９は、導電性のベース２４と、このベース２４にろう付けされた半導体素子チップ２５と、ベース２４上で半導体素子チップ２５を覆う樹脂パッケージ２６と、半導体素子チップ２５の反対側に延びた取付け部である挿入部２７と、先端部が半導体素子チップ２５に接続され樹脂パッケージ２６から外部に導出した引出端子２８とを備えている。
挿入部２７は、ベース２４と一体で銅で形成されている。この挿入部２７は、図３に示すように、根元部に縦目ローレット２９が形成されている。
挿入部２７は、フィン２３に対応した位置に形成された挿入穴３０に挿入されている。

正極側整流素子１７についても、負極側整流素子１９と同じ構成であり、導電性のベース３１、半導体素子チップ（図示せず）、樹脂パッケージ３２、挿入部３３及び引出端子（図示せず）を備えている。
また、挿入部３３の根元部には縦目ローレット（図示せず）が形成され、挿入部３３は、フィン２１に対応した位置に形成された挿入穴（図示せず）に挿入されている。

正極側ヒートシンク１６及び負極側ヒートシンク１８は、互いにフィン２１，２３を背にして対向してケース内に固定されている。
即ち、正極側ヒートシンク１６の固定部と負極側ヒートシンク１８の固定部４０とは、絶縁物（図示せず）を介して重ねられ、ボルトが固定部４０を貫通してリヤブラケット１に螺着して固定されている。
負極側整流素子１９及び正極側整流素子１７は、端子台１５から導出した、リード線１４と電気的に接続された共通線３５と接続されており、負極側整流素子１９は、リヤブラケット１を介してアースされている。
一列にそれぞれ配置された、負極側整流素子１９及び正極側整流素子１７は、互いにシフトして対面している。つまり、隣接した負極側整流素子１９のそれぞれの挿入部２７の中心軸線間の中心点を通る中心線上に、対向した正極側整流素子１７の挿入部３３の中心軸線を一致させるように、負極側整流素子１９及び正極側整流素子１７は配置されている。

なお、図４に示すように、負極側ヒートシンク１８の隣接したフィン２３間に挿入穴を形成し、この挿入穴に挿入部２７を挿入するようにしてもよい。
この場合には、負極側整流素子１９の挿入部２７を負極側ヒートシンク１８に仮挿入後、フィン２３の先端側から挿入部２７の先端部を掴んで組み込みを完了させることも可能である。その際、挿入部２７は、根元部に縦目ローレット２９が形成されているので、回転することなく円滑に挿入される。
また、挿入部２７の先端部を挿入穴が通る範囲で掴むのに適した形状にすることで、ベース２４を圧入プランジャ等で押すことが不要となり、負極側整流素子１９の負極側ヒートシンク１８に対する取付け工程時の破損を低減することができる。

また、図５に示すように、負極側ヒートシンク１８の隣接したフィン２３間に挿入穴３０Ａを形成し、この挿入穴３０Ａに負極側整流素子１９Ａの挿入部２７Ａを遊挿し、挿入部２７Ａの端部に止め具３６を装着するようにしてもよい。

なお、正極側ヒートシンク１６及び正極側整流素子１７に関しても、負極側ヒートシンク１８及び負極側整流素子１９と同様に、正極側ヒートシンク１６の隣接したフィン２１間に挿入穴を形成し、この挿入穴に挿入部２７を挿入するようにしてもよい。
また、正極側ヒートシンク１６の隣接したフィン２１間に挿入穴を形成し、この挿入穴に挿入部を遊挿し、挿入部の端部に止め具を装着するようにしてもよい。

次に、上記構成の車両用交流発電機の動作について説明する。
まず、電流がバッテリ（図示せず）からブラシおよびスリップリング７を介して回転子５の回転子コイル９に供給され、磁束が発生する。この磁束により、ポールコア１０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）およびプーリを介してシャフト４に伝達され、回転子５が回転される。そこで、回転磁界が固定子６の固定子コイル１３に与えられ、起電力が固定子コイル１３に発生する。
この交流の起電力は、整流装置８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。

このとき、回転子５の回転により冷却用ファン１１が回転駆動され、冷却風がリヤブラケット１に穿設された吸気孔３７からリヤブラケット１内に吸気される。そして、リヤブラケット１内に吸気された冷却風は、フィン２１，２３間を軸線方向に沿って流れた後、冷却用ファン１１により径方向外側に曲げられ、リヤブラケット１の側面に穿設された排気孔（図示せず）からリヤブラケット１外に排気される。
なお、図示していないフロントブラケットにおいても、冷却風がフロントブラケットの端面に穿設された吸気孔から吸気され、ファンにより径方向外側に曲げられ、フロントブラケットの側面に穿設された排気孔からフロントブラケット外に排気される。

以上説明したように、この実施の形態による車両用交流発電機によれば、整流素子１７，１９，１９Ａは、ヒートシンク１６，１８の表面に面接触したベース２４，３１と、このベース２４，３１に搭載された半導体素子チップ２５と、ベース２４，３１からヒートシンク１６，１８側に突出した取付け部である挿入部２７，２７Ａとを有し、この挿入部２７，２７Ａがヒートシンク１６，１８に係合して、整流素子１７，１９，１９Ａはヒートシンク１６，１８に取付けられており、整流素子１７，１９，１９Ａのベース２４，３１は、ヒートシンク１６，１８と面接触しており、整流素子１７，１９，１９Ａの発熱は、効率よくヒートシンク１６，１８を通じて外部に放出される。

また、挿入部２７，２７Ａは、軸線に対して垂直方向に沿って切断した断面の大きさが、ヒートシンク１６，１８に面接触したベース２４，３１の面の大きさよりも小さいので、挿入穴３０の径は小さくてよく、また挿入部２７，２７Ａを挿入穴３０に挿入することで、整流素子１７，１９，１９Ａはヒートシンク１６，１８に簡単に取付けられる。

また、挿入部２７は、ヒートシンク１６，１８のフィン２１，２３に挿入されてフィン２１，２３と一体化されているので、整流素子１７，１９の発熱は、ベース２４、挿入部２７を通じてフィン２１，２３に確実に伝達される。
また、挿入部２７は、フィン２１，２３を構成したアルミニウムよりも熱伝導効率の高い銅で構成されているので、挿入部２７が挿入されたフィン２１，２３は、隣接したアルミニウムで構成されたフィン２１，２３よりも高い放熱効果が得られる。

また、ヒートシンク１６，１８の隣接したフィン２１，２３間に挿入穴３０Ａを形成し、この挿入穴３０Ａに挿入部２７Ａを遊挿し、挿入部２７Ａの端部に止め具３６を装着するようにした場合には、挿入穴３０Ａに挿入部２７Ａを圧入する必要性がなく、圧入工程での整流素子１９Ａの破損が低減される。

また、正極側整流素子１７及び負極側整流素子１９，１９Ａは、互いに列方向にシフトして対面しているので、正極側ヒートシンク１６と負極側ヒートシンク１８とを互いに接近させることができ、その分それぞれのフィン２１，２３の高さを増大させることで、よりヒートシンク１６，１８の放熱性能が向上する。

また、正極側整流素子１７及び負極側整流素子１９，１９Ａのそれぞれのベース３１，２４と取付け部２７，２７Ａ，３３とは銅で一体に構成されているので、半導体素子チップ２５からの発熱は、ベース３１，２４、取付け部２７，２７Ａ，３３を通じて正極側ヒートシンク１６、負極側ヒートシンク１８に円滑に伝達される。

実施の形態２．
図６はこの発明の実施の形態２における車両用交流発電機の負極側整流素子１９Ｂを示す側面図である。
この負極側整流素子１９Ｂは、ベース２４の底面に取付け部である、コの字形状の挿入部２７Ｂが接着されている。この挿入部２７Ｂを挿入穴３０Ｂに挿入し、露出した先端部をかしめ変形することで、図７に示すように、負極側整流素子１９Ｂは、ブロック状の負極側ヒートシンク１８Ｂに取付けられる。

この実施の形態では、負極側整流素子１９Ｂを負極側ヒートシンク１８Ｂに半田等の溶接作業をすることなく簡単に取付けることができる。
また、負極側整流素子１９Ｂの取付け作業時に、負極側整流素子１９Ｂの挿入部２７Ｂの除く部位には、過度な応力が加わることなく、信頼性が向上する。
なお、正極側整流素子についても、負極側整流素子１９Ｂと同じ構成であり、その説明は省略する。
また、他の構成は、実施の形態１と同じである。

また、図８に示すように、負極側整流素子１９Ｂについては、挿入部２７Ｂの先端部の周辺部位が矢印に示すように折曲される負極側ヒートシンク１８Ｃを用いて、負極側整流素子１９Ｂを負極側ヒートシンク１８Ｃに取付けてもよい。
なお、実施の形態１と同様に、負極側整流素子１９Ｂのベース２４と挿入部２７Ｂとは一体構成であってもよい。
また、正極側整流素子が取付けられる正極側ヒートシンクについても、負極側ヒートシンク１８Ｃと同じであり、その説明は省略する。

実施の形態３．
図９はこの発明の実施の形態３による車両用交流発電機の要部断面図、図１０は図９の要部分解斜視図である。
この実施の形態では、正極側整流素子１７Ｃ及び負極側整流素子１９Ｃのそれぞれの樹脂パッケージ２６Ａ，３２Ａが直方体形状である。
他の構成は、実施の形態１と同じである。

この実施の形態では、正極側整流素子１７Ｃ及び負極側整流素子１９Ｃは、直方体形状であるので、挿入部２７，３３を挿入穴３０に挿入する際、正極側整流素子１７Ｃ及び負極側整流素子１９Ｃは掴みやすく、かつ引出端子２８の整列作業も簡素化が可能となる。

なお、図１１に示すように、挿入穴３０Ｃを長穴形状にし、この挿入穴３０Ｃに挿入する挿入部２７Ｃを長方形状の平板とし、挿入穴３０Ｃに挿入部２７Ｃを嵌入するようにしてもよい。
このものの場合、正極側整流素子１７Ｃ及び負極側整流素子１９Ｃが正極側ヒートシンク、負極側ヒートシンク１８Ｄに取付けられた時点で、それぞれの相対位置が定まる。即ち、断面形状が円形の挿入部２７，３３のように、挿入後の周方向の位置ずれのおそれはない。

なお、上記各実施の形態では、正極側ヒートシンク本体２０、負極側ヒートシンク本体２２は長方形状で、それぞれのフィン２１，２３は互いに平行に配置され、リヤブラケット１の吸気孔３７からケース内に侵入した冷却風は、対向したフィン２１，２３間に沿って流れるようになっているが、勿論このものに限定されない。
例えば、円弧帯形状のヒートシンク本体をシャフトを中心にして配置し、ヒートシンク本体に、複数のフィンを立設するようにしてもよい。
また、図１２に示すように、円弧帯形状の負極側ヒートシンク本体２２Ａをシャフトを中心にして配置し、負極側ヒートシンク本体２２Ａに、複数のフィン２３Ａを放射線状に立設するようにしてもよい。正極側ヒートシンについても同様である。
また、ケースに整流装置のヒートシンクを面接触して一体化して構成された車両用交流発電機においても、このヒートシンクにこの発明の整流素子を面接触して取付けるようにしてもよい。
また、上記各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、勿論車両用に限定されるものではなく、また電動機にも適用できる。

４シャフト、５回転子、６固定子、８整流装置、９固定子コイル、１２固定子コア、１３固定子コイル、１６正極側ヒートシンク、１７，１７Ｃ正極側整流素子、１８，１８Ｂ，１８Ｃ，１８Ｄ負極側ヒートシンク、１９，１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃ負極側整流素子、２０，２０Ａ正極側ヒートシンク本体、２１，２３，２３Ａフィン、２２，２２Ａ負極側ヒートシンク本体、２４，３１ベース、２５半導体素子チップ、２６，２６Ａ，３２，３２Ａ樹脂パッケージ、２７，２７Ａ，２７Ｂ，２７Ｃ，３３挿入部（取付け部）、３０，３０Ａ，３０Ｂ挿入穴、３６止め具。

Claims

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固定子コア及びこの固定子コアに巻装された固定子コイルとから構成された固定子と、
前記固定子コイルに電気的に接続され交流を直流に整流する整流素子及びこの整流素子を放熱するヒートシンクを有する整流装置とを備え、
前記整流素子は、前記ヒートシンクの表面に面接触したベースと、このベースに搭載された半導体素子チップと、前記ベースから前記ヒートシンク側に突出した取付け部とを有し、この取付け部がヒートシンクに係合して、整流素子はヒートシンクに取付けられていることを特徴とする回転電機。
前記取付け部は、軸線に対して垂直方向に沿って切断した断面の大きさが、前記ヒートシンクに面接触した前記ベースの面の大きさよりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
前記ヒートシンクの前記整流素子が取付けられた面と反対側の面には、複数のフィンが立設されており、前記取付け部は、このフィンに挿入されてフィンと一体化されていることを特徴とする請求項１または２に記載の回転電機。
前記取付け部は、前記ヒートシンクに挿入されて外部に露出した先端部が折曲されて、前記整流素子がヒートシンクに取付けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の回転電機。
前記ヒートシンクは、前記ヒートシンクに挿入された前記取付け部の先端部の周辺部位が折曲されて、前記整流素子がヒートシンクに取付けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の回転電機。
前記取付け部は、前記ヒートシンクに挿入されて外部に露出した端部に係止した止め具により、前記整流素子がヒートシンクに取付けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の回転電機。
前記取付け部は、前記ヒートシンクよりも熱伝導率が高い材料で構成されることを特徴とする請求項１ないし６の何れか１項に記載の回転電機。
前記ベースと前記取付け部とは同一部材で一体に形成されていることを特徴とする請求項１ないし７の何れか１項に記載の回転電機。
前記整流素子は、直方体形状であることを特徴とする請求項１ないし８の何れか１項に記載の回転電機。
前記取付け部は、矩形平板状であり、この取付け部は、前記ヒートシンクに形成された長穴形状の挿入穴に挿入されていることを特徴とする請求項１ないし９の何れか１項に記載の回転電機。
前記ヒートシンクは、正極側ヒートシンク及びこの正極側ヒートシンクに対面した負極側ヒートシンクであり、
前記整流素子は、間隔を空けて前記正極側ヒートシンクに一列に配置された複数の正極側整流素子及び間隔を空けて前記負極側ヒートシンクに一列に配置された複数の負極側整流素子であり、
各前記正極側整流素子及び前記負極側整流素子は、互いに列方向にシフトして対面していることを特徴とする請求項１ないし１０の何れか１項に記載の回転電機。
前記回転電機は車両用交流発電機であることを特徴とする請求項１ないし１１の何れか１項に記載の回転電機。