JP2011155806A

JP2011155806A - 交流発電機

Info

Publication number: JP2011155806A
Application number: JP2010017086A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiro Shinozaka; 義博篠坂; Shiro Iizuka; 志郎飯塚
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2010-01-28
Filing date: 2010-01-28
Publication date: 2011-08-11

Abstract

【課題】簡単な構成により発熱部品は効率良く冷却される交流発電機を得る。
【解決手段】この発明の車両用交流発電機は、吸気窓２ａを有するケースと、このケースに回転自在に支持されたシャフト４と、このシャフト４に固定された回転子５と、この回転子５の側面に固定されたファン６，７と、回転子５を囲った固定子１７と、固定子１７で生じた交流を直流に整流するレクチファイヤ１２と、固定子１７で生じた交流電圧を調整するレギュレータ１３とを備え、ファン６，７の回転により生じた冷却風が吸気窓２ａを通じてレクチファイヤ１２及びレギュレータ１３を通過する交流発電機において、吸気窓２ａには、レクチファイヤ１２のダイオード２１に指向し吸気窓２ａからの冷却風をダイオード２１側に案内するガイド２４が設けられている。
【選択図】図１

Description

この発明は、固定子コイルで生じた交流を直流に整流するレクチファイヤと、前記固定子コイルで生じた交流電圧を調整するレギュレータとを備えた交流発電機に関するものである。

従来、レギュレータのレギュレータ基板が、リヤブラケットの軸受け箱の外周に設けられた吸気窓に対して垂直に、かつ回転子に固定されたスリップリングの保護筒に対向して配置された車両用交流発電機が知られている（例えば、特許文献１参照）。
このものの場合、レギュレータ基板に固定された、ヒートシンクの冷却フィンは、吸気窓を通じて吸入される冷却風に対して平行に配置されているので、冷却風は、冷却フィンに沿って円滑に流れ、ヒートシンクを通じてレギュレータ基板を冷却している。

特開平７-２７４４４０号公報

上記構成の車両用交流発電機では、ヒートシンクの冷却フィンは、吸入される冷却風に対して平行に配置されており、ヒートシンクに当接したレギュレータ基板の発熱部品は、この冷却風により冷却される。
しかしながら、発熱部品が吸気窓から離れたヒートシンクの部位に配置されていた場合には、その部位に達するまでに、冷却風の温度が上昇してしまい、それだけ冷却風と発熱部品との間での温度差が小さくなってしまい、発熱部品の冷却効率が悪いという問題点があった。
また、吸気窓から入った冷却風が発熱部品に接近することなく離れた経路をとり、発熱部品の冷却に寄与する冷却風量が少なくなってしまう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、簡単な構成により、レクチファイヤ、レギュレータの発熱部品は吸気窓からの冷却風により効率良く冷却される交流発電機を得ることを目的とする。

この発明に係る交流発電機は、冷却風が通過する吸気窓及び排気窓を有するケースと、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、この回転子の側面に固定されたファンと、前記ケースに固定されているとともに前記回転子を囲った固定子と、前記固定子で生じた交流を直流に整流するレクチファイヤと、前記固定子で生じた交流電圧を調整するレギュレータとを備え、前記ファンの回転により生じた前記冷却風が前記吸気窓を通じて前記レクチファイヤ及び前記レギュレータを通過する交流発電機において、前記吸気窓には、前記レクチファイヤの発熱部品及び前記レギュレータの発熱部品の少なくとも一方に指向し吸気窓からの前記冷却風を発熱部品側に案内するガイドが設けられている。

また、この発明に係る交流発電機は、冷却風が通過する吸気窓及び排気窓を有するケースと、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、この回転子の側面に固定されたファンと、前記ケースに固定されているとともに前記回転子を囲った固定子と、前記固定子で生じた交流電圧を調整するレギュレータと、
このレギュレータの近傍であって前記吸気窓に対向して設けられた内蔵部品とを備えた交流発電機において、前記内蔵部品には、前記レギュレータの発熱部品に指向し前記吸気窓からの前記冷却風を発熱部品側に案内するガイド壁面が形成されている。

この発明に係る交流発電機によれば、吸気窓には、レクチファイヤの発熱部品及びレギュレータの発熱部品の少なくとも一方に指向し吸気窓からの冷却風を発熱部品側に案内するガイドが設けられているので、発熱部品と発熱部品と熱交換される冷却風との温度差が大きくとれ、それだけ発熱部品の冷却効率が向上する。

また、この発明に係る交流発電機は、ケース内の内蔵部品には、レギュレータの発熱部品に指向し吸気窓からの冷却風を発熱部品側に案内するガイド壁面が形成されているので、発熱部品と発熱部品と熱交換される冷却風との温度差が大きくとれ、それだけ発熱部品の冷却効率が向上する。

この発明の実施の形態１の車両用交流発電機を示す側断面図である。図１のレクチファイヤを示す部分拡大図である。図２のレクチファイヤを矢印Ａに沿って視たときの図である。実施の形態１のものとの比較例における冷却風を示す図である。図１のガイドの変形例を示す断面図である。図１のレクチファイヤの変形例を示す図である。この発明の実施の形態２の車両用交流発電機におけるレギュレータを示す部分断面図である。

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の車両用交流発電機を示す側断面図、図２は図１のレクチファイヤを示す部分拡大図、図３は図２のレクチファイヤを矢印Ａに沿って視たときの図である。
この車両用交流発電機（以下、発電機と略称する。）は、フロントブラケット１及びリヤブラケット２からなるケースと、ケースの内側に設けられ、一端にプーリ３が取り付けられたシャフト４と、このシャフト４に取り付けられた回転子５と、この回転子５のフロントブラケット１側に取り付けられたフロントファン６及びリヤブラケット２側に取り付けられたリヤファン７と、シャフト４に取り付けられた、回転子５に電流を供給するためのスリップリング８と、スリップリング８に摺動する一対のブラシ９と、フロントブラケット１及びリヤブラケット２に固定された固定子１７と、固定子１７に電気的に接続され、固定子１７で生じた交流電流を直流電流に整流するレクチファイヤ１２と、固定子コイル１１で生じた交流電圧を調整する、ヒートシンク１８を有するレギュレータ１３とを備えている。
なお、フロントファン６及びリヤファン７は共に、遠心ファンである。

回転子５は、対向した一対の爪状磁極１４，１５と、この爪状磁極１４，１５の内部に導線が巻回された回転子コイル１６とを有している。
固定子１７は、固定子鉄心１０と、固定子鉄心１０のスロット（図示せず）に導線が巻回された固定子コイル１１とを有している。固定子コイル１１は、３個の巻線部（図示せず）を３相Ｙ形結線した２つの３相交流巻線により構成されている。

レクチファイヤ１２は、平板状のベース２０ｂ及びこのベース２０ｂに周方向に間隔を空けて立設された複数の冷却フィン２０ａからなる＋側ヒートシンク２０と、ベース２０ｂに間隔を空けて設けられた複数の＋側ダイオード２１と、ベース２０ｂに対向した平板状のベース２２ｂ及びこのベース２２ｂに間隔を空けて立設された複数の冷却フィン２２ａからなる−側ヒートシンク２２と、ベース２２ｂに周方向に間隔を空けて設けられた複数の−側ダイオード２３とを有している。
＋側ダイオード２１及び−側ダイオード２３は、レクチファイヤ１２の発熱部品である。

リヤブラケット２には、冷却風がケース内に吸入するときの通路となる複数の吸気窓２ａ、及びケース内に流入した冷却風をケースの外側に排出するときの通路となる複数の排気窓２ｂがそれぞれ形成されている。
＋側ヒートシンク２０の冷却フィン２０ａに対向した部位に形成された吸気窓２ａの下縁部には、ケース内に直線状に折曲したガイド２４が設けられている。このガイド２４の先端部は、＋側ダイオード２１に指向している。

上記構成の発電機では、バッテリ（図示せず）からブラシ９、スリップリング８を通じて回転子５の回転子コイル１６に電流が供給されて、磁束が発生し、回転子５の爪状磁極１４，１５には、それぞれＮ極、Ｓ極が生じる。
一方、エンジンによってプーリ３は駆動され、シャフト４によって回転子５が回転するため、固定子鉄心１０には回転磁界が与えられ、固定子コイル１１には起電力が生じる。
この交流の起電力は、回転子５に流れる電流を調整するレギュレータ１３によりその大きさが調整される。
また、この交流の起電力により生じる交流は、レクチファイヤ１２を通って直流に整流されてバッテリに充電される。

この実施の形態では、回転子５とともに回転するリヤファン７により、外気が冷却風となり吸気窓２ａを通じてケース内に流入する。
このとき、吸気窓２ａには先端部がレクチファイヤ１２の発熱部品である＋側ダイオード２１に指向したガイド２４が設けられているので、吸気窓２ａから流入した冷却風は、ガイド２４に案内され、矢印Ｂに示すように流れる。
即ち、冷却風は、多くは吸気窓２ａ側の＋側ヒートシンク２０の部位での熱交換がされることなく、発熱部品である＋側ダイオード２１の近傍の＋側ヒートシンク２０の部位に衝突し、それだけ＋側ダイオード２１と冷却風との温度差が大きくなり、＋側ダイオード２１は効率良く冷却され、＋側ダイオード２１の信頼性が向上する。
また、吸気窓２ａから入った冷却風の多くは＋側ダイオード２１に指向した経路をとり、＋側ダイオード２１の冷却に寄与する冷却風量が増大するので、＋側ダイオード２１は効率良く冷却され、＋側ダイオード２１の信頼性が向上する。
さらに、耐熱性のグレードの低い＋側ダイオード２１を使用することが可能となり、部品のコストを低減することができる。
さらにまた、＋側ヒートシンク２０の寸法を小型化できる。

図４はこの実施の形態のものとの比較例であり、ガイド２４が無い例である。
この例では、吸気窓２ａから流入した冷却風は、矢印Ｃに示すように流れる。
即ち、冷却風は、吸気窓２ａ側の＋側ヒートシンク２０の部位から熱交換され、かつこの冷却風は、吸気窓２ａ側から離れるに従ってリヤファン６による遠心力の作用で＋側ヒートシンク２０から離間するように流れる。
この結果、＋側ダイオード２１と冷却風との温度差が小さく、かつ＋側ダイオード２１の冷却に寄与する冷却風の量も小さくなるので、実施の形態のものと比較して＋側ダイオード２１の冷却効率が悪い。

図５はガイド２４Ａの変形例を示す図である。
このガイド２４Ａは、断面形状が吸気窓２ａ側に円弧状に突出した曲面形状である。
この例では、直線状のガイド２４と比較した場合、冷却風は、吸気窓２ａからより円滑に流入することができるので流れ抵抗が小さくなり、また流路断面積が小さくなり流速が大きくなるので、＋側ダイオード２１はより効率良く冷却される。

図６は図１のレクチファイヤ１２の変形例を示す図である。
図１のレクチファイヤ１２は、平板形状のベース２０ｂ，２２ｂ及びベース２０ｂ，２２ｂの一面に立設された複数の冷却フィン２０ａ，２２ａからなるヒートシンク２０，２２と、ベース２０ｂ，２２ｂの他面に固定されたダイオード２１，２３とを備えていた。これに対して、この例のレクチファイヤは、馬蹄形状のベース３２ｂ及びベース３２ｂの一面に立設された複数の冷却フィン３２ａからなる−側ヒートシンク３２と、ベース３２ｂの他面に固定された−側ダイオード３３とを備えている。
なお、この図では、このベース３２ｂの内側に配置された、馬蹄形状の＋側ヒートシンク、＋側ダイオードは省略されている。

この例も、吸気窓３０ａには先端部が＋側ダイオード３３に指向したガイド３１が設けられているので、吸気窓３０ａから流入した冷却風は、多くは吸気窓３０ａ側の＋側ヒートシンク３２の部位での熱交換がされることなく、発熱部品である＋側ダイオード３３の近傍の＋側ヒートシンク３２の部位に衝突し、それだけ＋側ダイオード３３と冷却風との温度差が大きくなり、＋側ダイオード３３は効率良く冷却され、＋側ダイオード３３の信頼性が向上する。

なお、この実施の形態では、＋側ヒートシンク２０，３２に対向した吸気窓２ａにガイド２４，２４Ａを設けたが、−側ヒートシンクに対向した吸気窓にも先端部が発熱部品であるダイオード側に指向したガイドを設けるようにしてもよい。
また、レギュレータのヒートシンクに対向した吸気窓にも先端部がレギュレータの発熱部品側に指向したガイドを設けるようにしてもよい。
また、レギュレータのヒートシンクに対向した吸気窓のみに先端部がレギュレータの発熱部品側に指向したガイドを設けるようにしてもよい。

実施の形態２．
図７はこの発明の実施の形態２の車両用交流発電機を示す要部側断面図である。
この実施の形態では、ケースの構成要素であるカバー４６に吸気窓４６ａが形成されている。カバー４６内に設けられたレギュレータ４０は、レギュレータホルダ４１と、発熱部品である、モールドで一体成形されたＩＣチップ部を有するＩＣレギュレータ本体４２と、このＩＣレギュレータ本体４２と面接触したヒートシンク４３とを備えている。
このレギュレータ４０の近傍には、ブラシ４９を収納した内臓部品であるブラシホルダ４４が設けられている。このブラシホルダ４４には、ＩＣレギュレータ本体４２に指向し吸気窓４６ａからの冷却風をＩＣレギュレータ本体４２側に案内するガイド壁面である傾斜面４４ａが形成されている。
なお、図中、４５はリヤブラケット、４７は固定子コイル、４８はリヤファンでる。

この他の構成は、実施の形態１の車両用交流発電機と同じであり、レクチファイヤ１２の発熱部品である＋側ダイオード２１は、吸気窓２ａを通じて流入し、ガイド２４に案内された冷却風により冷却される。

この実施の形態では、回転子５とともに回転するリヤファン７により、外気が冷却風となり吸気窓４６ａを通じてケース内に流入する。
この冷却風は、ブラシホルダ４４の傾斜面４４ａに案内されて矢印Ｅに示すように流れる。
即ち、冷却風は、多くはＩＣレギュレータ本体４２の直下のヒートシンク４３の部位に衝突し、それだけＩＣレギュレータ本体４２と冷却風との温度差が大きくなり、ＩＣレギュレータ本体４２は効率良く冷却され、ＩＣレギュレータ本体４２の信頼性が向上する。
また、ヒートシンク４３を小型化することができる。
なお、傾斜面４４ａは直線形状ではなく、断面形状が吸気窓４６ａ側に突出した円弧状の曲面形状であってもよい。
この例では、直線状の傾斜面４４ａと比較した場合、冷却風は、吸気窓４６ａを通じてより円滑に流入することができるので流れ抵抗が小さくなり、また流路断面積が小さくなり流速が大きくなるので、ＩＣレギュレータ本体４２はより効率良く冷却される。

なお、この実施の形態では、内臓部品であるブラシホルダ４４に傾斜面４４ａを形成した場合について説明したが、勿論このものに限定されるものではなく、例えばコンデンサ、サーキッドボードに、吸気窓からの冷却風をＩＣレギュレータ本体側に案内するガイド壁面を形成するようにしてもよい。
また、レギュレータ基板にハイブリットＩＣの電子回路が設けられたレギュレータ本体であってもよい。

なお、上記各実施の形態では、車両用交流発電機に適用される交流発電機について説明したが、勿論このものに限定されるものではなく、この発明は例えば船外機用交流発電機にも適用することができる。

１フロントブラケット、２，３０，４５リヤブラケット、２ａ吸気窓、２ｂ排気窓、３プーリ、４シャフト、５回転子、６フロントファン、７，３４，４８リヤファン、８スリップリング、９，４９ブラシ、１０固定子鉄心、１１，４７固定子コイル、１２レクチファイヤ、１３，４０レギュレータ、１４，１５爪状磁極、１６回転子コイル、１７固定子、１８レギュレータ用ヒートシンク、２０，３２＋側ヒートシンク、２０ａ，３２ａ冷却フィン、２０ｂ，３２ｂベース、２１＋側ダイオード、２２ −側ヒートシンク、２２ａ冷却フィン、２２ｂベース、２３ −側ダイオード、２４，２４Ａ，３１ガイド、４０レギュレータ、４１レギュレータホルダ、４２ＩＣレギュレータ本体（発熱部品）、４３ヒートシンク、４４ブラシホルダ（内蔵部品）、４４ａ傾斜面（ガイド壁面）、４６カバー、４６ａ吸気窓。

Claims

冷却風が通過する吸気窓及び排気窓を有するケースと、
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、
この回転子の側面に固定されたファンと、
前記ケースに固定されているとともに前記回転子を囲った固定子と、
前記固定子で生じた交流を直流に整流するレクチファイヤと、
前記固定子で生じた交流電圧を調整するレギュレータとを備え、
前記ファンの回転により生じた前記冷却風が前記吸気窓を通じて前記レクチファイヤ及び前記レギュレータを通過する交流発電機において、
前記吸気窓には、前記レクチファイヤの発熱部品及び前記レギュレータの発熱部品の少なくとも一方に指向し吸気窓からの前記冷却風を発熱部品側に案内するガイドが設けられていることを特徴とする交流発電機。
前記レクチファイヤは、平板形状のベース及びベースの一面に立設された複数の冷却フィンからなるヒートシンクと、前記ベースの他面に固定された、前記発熱部品であるダイオードとを備えていることを特徴とする請求項１に記載の交流発電機。
前記レクチファイヤは、馬蹄形状のベース及びベースの一面に立設された複数の冷却フィンからなるヒートシンクと、前記ベースの他面に固定された、前記発熱部品であるダイオードとを備えていることを特徴とする請求項１に記載の交流発電機。
前記ガイドは、断面形状が前記吸気窓側に突出した曲面形状であ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。
冷却風が通過する吸気窓及び排気窓を有するケースと、
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、
この回転子の側面に固定されたファンと、
前記ケースに固定されているとともに前記回転子を囲った固定子と、
前記固定子で生じた交流電圧を調整するレギュレータと、
このレギュレータの近傍であって前記吸気窓に対向して設けられた内蔵部品とを備えた交流発電機において、
前記内蔵部品には、前記レギュレータの発熱部品に指向し前記吸気窓からの前記冷却風を発熱部品側に案内するガイド壁面が形成されていることを特徴とする交流発電機。
前記発熱部品は、モールドで一体成形されたＩＣチップ部を有するＩＣレギュレータ本体であり、前記内蔵部品は、ブラシを保持したブラシホルダであることを特徴とする請求項５に記載の交流発電機。
前記ガイド壁面は、断面形状が前記吸気窓側に突出した曲面形状であることを特徴とする請求項５または６に記載の交流発電機。
前記交流発電機は、車両用交流発電機であることを特徴とする請求項１〜７の何れか１項に記載の交流発電機。