JP3690348B2 - 自動車用交流発電機 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車用交流発電機に係り、特に液冷方式の自動車用交流発電機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の自動車用交流発電機は、その自己発熱による熱量を、空気中に放熱する「空冷」方式が主であったが、近年、エンジンルーム内の各部品の表面温度が高温となり、その結果空気温度が高くなるに従い、空冷では熱量を放散しきれないケースも出てきた。
【０００３】
しかし、自動車用交流発電機の制御部は、自己発熱量は小さいものの、絶対的耐熱性も発電コイルに比較すると低いことから、十分な冷却性の確保が重要な課題である。
【０００４】
特に、低騒音化や出力・効率向上のニーズを背景として、近年の自動車は、エンジンルーム内の高密度化、エンジンの高効率化、低エミッション化の影響により、エンジンルーム内気温の高温化、及びエンジンルーム内の各部品の高温化による輻射熱が増大する傾向にある。その結果として、交流発電機がエンジンルーム内において長時間、高温雰囲気に晒され、自動車用交流発電機としての、性能低下や、寿命の低下に繋がっている。
【０００５】
また、低熱伝導性の部材による遮熱板等を、エンジンルーム内の高温部品と自動車用交流発電機の間に配置し、熱的に遮断するという方法もある。しかし、この方法では、運転時間が長くなるに従いエンジンルーム内全体の空気温度が上昇するのを避けられず、自動車用交流発電機の高温化対策としては効果が小さい。
【０００６】
このような自動車用交流発電機の高温化対策として、例えば、特開平７−１９４０６０号公報や特開２０００−２４５１１１号公報に記載された例のように、液冷方式の車両用交流発電機が開発されるようになった。
【０００７】
特開平７−１９４０６０号公報、ＥＰ１０４１６９９Ａ２、ＥＰ１０９６６４７Ａ２に記載の交流発電機では、電圧調整器や整流部からの発熱が、ヒートシンク、後ハウジング等を介して放散され、冷却される構成になっている。また、特開２０００−２４５１１１号公報記載の交流発電機では、電圧調整器や整流部からの発熱が、放熱板、反プーリ側のリアブラケット、良熱伝導体、水冷ハウジング等を介して放散され、冷却される構成になっている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記特開平７−１９４０６０号公報や特開２０００−２４５１１１号公報に記載の方式では、制御部を水冷式にするために、制御部のヒートシンクを後ハウジングやリアブラケットに密着させなければならず、制御部、ブラシ、整流器などの配置に制約が生じ、その制約によって構造的な不具合や、組立て上の問題が生じる場合がある。
【０００９】
本発明の目的は、高温のエンジンルーム内に配置される自動車用交流発電機において、制御部の配置位置の自由度が高く、かつ、充分な冷却能力を有する液冷方式の自動車用交流発電機を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、発電コイルを有する固定子と、前記固定子内で回転し該固定子に対して交番磁界を供給する回転子と、発電量の制御を行う制御部と、発電電流の整流を行う整流部と、前記固定子及び前記回転子を保持する複数のブラケットと、少なくとも１つの前記ブラケット内に冷却液を流動させて前記発電コイルが自己発熱する熱を該交流発電機の外部に伝達するための冷却液流路とを備えた自動車用交流発電機において、良熱伝導性の材料で形成され、前記制御部と該制御部のヒートシンクを一体的に前記ブラケットから離れた位置において該ブラケットに固定する締結部材を有し、該締結部材により前記制御部の熱を前記ブラケットに伝達するようにしたことを特徴とする。
【００１１】
本発明の他の特徴は、発電コイルを有する固定子と、前記固定子内で回転し該固定子に対して交番磁界を供給する回転子と、発電量の制御を行う制御部と、発電電流の整流を行う整流部と、前記固定子及び前記回転子を保持する複数のブラケットと、前記制御部及び前記整流部を覆うカバーと、少なくとも１つの前記ブラケット内に冷却液を流動させて前記発電コイルが自己発熱する熱を該交流発電機の外部に伝達する冷却液流路とを備えた自動車用交流発電機において、前記複数のブラケット及び前記カバーは、良熱伝導性の金属で形成されており、前記整流部は、前記ブラケットの１つに保持されており、前記カバーは、外周部を前記１つのブラケットと金属接触しており、良熱伝導性の材料で形成され、前記制御部と該制御部のヒートシンクを一体的に、前記１つのブラケットと前記カバーの間において前記１つのブラケットに固定する締結部材を有し、該締結部材により前記制御部の熱を前記１つのブラケットに伝達するようにしたことにある。
【００１２】
本発明によれば、良熱伝導性の材料で形成された締結部材により、前記制御部と該制御部のヒートシンク、あるいは整流部を、前記ブラケット及び前記カバーから離れた位置に固定する。これにより、制御部や整流部が自己発熱する熱量の大部分を前記ブラケット内に流動する冷却液に伝える。そのため、カバー、ブラケットにほぼ全周を覆われた制御部、及び整流部の温度は、主に冷却液の温度に支配される。これによって、長時間、高温雰囲気に晒される場合でも外部の気温及び外部の近傍にある高温部品からの輻射熱に支配されることが無くなる。
【００１３】
また、制御部をハウジングに密着させる必要が無くなるため、配置する自由度が向上する。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施例を図１〜図５に示す。図１は、本発明の一実施例になる液冷式自動車用交流発電機の全体構成を示す縦断面図である。また、図２は、図１の交流発電機の縦断面図である。また、図３は、図１の交流発電機のリアカバーを外した側面図であり、図４は、同じくリアカバーを外した状態での制御部付近の外観斜視図である。図５は制御部の回路構成図である。
【００１５】
自動車用交流発電機１００は、センターブラケット１０２とプーリ側に配置されるフロントブラケット１０３と反プーリ側のリアブラケット１０４及びリアカバー１１０を有している。フロントブラケット１０３は、アルミダイカスト製であり軸受け１３２を介して回転子のシャフト１０１を保持する構造となっている。センターブラケット１０２も同じくアルミダイカスト製であり、シャフト１０１をリア軸受け１３４を介して保持している。センターブラケット１０２の内周部には、固定子１０５が保持されている。また、センターブラケット壁内部及びリアブラケット壁内部には、冷却液が流動する冷却水路１５０が設けられている。シャフト１０１の一方の端部にはプーリ１３０が取り付けられ、他端部にはスリップリング１２８が取り付けられている。プーリ１３０はベルトを介してエンジンの出力軸に配置されたプーリと接続される。また、シャフト１０１の中央部には回転子１０７が取り付けられており、この回転子の外周部には爪形の形状を持つ一対の爪形磁極１０８が配置されている。また、センターブラケット１０２には固定子コア１０５が内蔵され、この固定子コア１０５の内周面は回転子の爪形磁極１０８表面と僅かな間隔を隔てて配置されている。固定子コア１０５にはティースとスロットが配置され、この固定子コア１０５の凹部に相当するスロットには固定子巻線１０６が３相に巻かれている。回転子１０７の中心部には界磁巻線（発電コイル）１０９が巻かれ、この界磁巻線１０９にブラシ１２１からスリップリング１２８を経て直流電流を流すことによって爪形磁極１０８を磁化させる。エンジンの駆動によって回転子１０７が回転されると、固定子巻線１０６に３相の誘起電圧が発生する。
【００１６】
リアブラケット１０４には、発電電圧を調整する制御部１２０、ブラシ保持部１２２及び発電電流の整流を行う整流部１２４が固定されおり、これらはリアカバー１１０にて覆われている。制御部１２０は薄板状の基板に形成された集積回路等からなり、基板の裏面に放熱用の平板状のヒートシンク１２７が面接触するように配置されている。
【００１７】
図３、図４に示すように、制御部１２０及びヒートシンク１２７は、ブラシ１２１、及び車両側と接続用のコネクタ部１２６と一体に成形された保持器１２２によって保持されている。制御部１２０及びヒートシンク１２７は、締結部材１３６によってリアブラケット(またはセンターブラケット)に固定されている。すなわち、リアブラケット１０４にねじ穴を有する支持柱１３８が設けられており、これにヒートシンク１２７の取り付けボス部を対応させ、締結部材としての長軸ボルト１３６により、ヒートシンク１２７をリアブラケット１０４に固定する。換言すると、制御部１２０のヒートシンク１２７は、支持柱１３８及び取り付けボス部の長さだけ、リアブラケット１０４から離れた位置にあり、また、リアカバー１１０から見ても離れた位置にある。そして、制御部１２０のヒートシンク１２７は、締結部材１３６によってリアブラケット１０４に熱を伝達するようにして固定されている。
【００１８】
締結部材１３６は、鉄または黄銅を採用することが望ましく、熱伝導率λは３０Ｗ／ｍＫ以上であることが望ましい。また、リアブラケット１０４、リアカバー１１０は、共に熱の良伝導体であるアルミダイカスト製である。
【００１９】
なお、アルミダイカストは製法の一例であり、リアブラケット１０４、リアカバー１１０は、例えばアルミの板材から、プレス成形にて作ることも可能である。
【００２０】
なお、締結部材の構成は、実施例に示した長軸ボルトと支持柱の組み合わせに限定されるものではなく、制御部１２０及びヒートシンク１２７を、リアブラケット１０４とリアカバー１１０の双方から離れた位置に保持するとともに、制御部１２０の熱をリアブラケットに効率よく伝達できるものであればよい。
【００２１】
また、制御部１２０と発電電流を整流する整流部１２４、及び回転子に電流を供給するためのブラシ１２１が略同一平面に配置されている。
【００２２】
反プーリ側の軸受け１３４は、センターブラケット１０２により保持され、制御部１２０、整流部１２４及びブラシ１２１を配置するリアカバー１１０よりも内側にある。
【００２３】
本実施例においては、制御部１２０の発熱がヒートシンク１２７を伝わり、締結部材１３６を介して冷却水路１５０を循環する冷却液へと放熱される。締結部材１３６を介して放熱されるため、ヒートシンク１２７とリアブラケット１０４の間に樹脂製の保持器１２２を挟んだとしても、制御部１２０からリアブラケット１０４への熱の伝達は良好である。
【００２４】
この液冷式交流発電機において、交流発電機内を冷却液が循環する冷却水路１５０は、センターブラケットの軸方向に伸びる環状凹部１５１（図２参照）の端面の一方又は両方が開口しており、それらの開口部が、フロントブラケット１０３やリアブラケット１０４にて其々塞がれ、密閉された流路として構成されている。本実施例では、冷却水路が後方のみ開口している例を示している。この冷却水路１５０は、センターブラケット１０２の外周に設けられた冷却液給排水孔１５２に連通している。
【００２５】
発電電圧を調整する制御部１２０のヒートシンクの熱は、締結部材１３６を介して冷却水路１５０の一部を構成するリアブラケット１０４に固定されており、制御部１２０の熱が締結部材１３６を介してリアブラケット１０４に伝達され、冷却水で冷却され放熱される。冷却水路１５０は、センターブラケット１０２の外周に設けられた冷却液給排水孔１５２を介して、エンジンの冷却水循環経路に連通している。この冷却水循環経路には、ラジエータ、サーモスタット及びポンプが接続されている。交流発電機で発生した熱は、冷却水循環経路を流れる液体を冷媒とし、ラジエータにおいて熱交換されて放熱される。
【００２６】
図３、図４に示すように、制御部１２０はブラシ１２１、及び車両側と接統用のコネクタ部１２６と一体に成形された制御部保持器１２３によって保持されている。また、制御部１２０と発電電流を整流する整流部１２４、及び回転子に電流を供給するためのブラシ１２１が、軸方向に見て略同一位置、換言すると略同一平面に配置されている。１２５は整流回路を構成するダイオードである。制御部１２０のヒートシンク１２７は、リアブラケット１０４に保持器を挟む様にして、固定保持される。
【００２７】
図５において、制御部１２０は、バッテリーを充電するためにダイオード１２５で整流した直流電圧が約１４．３Ｖ程度の一定電圧に保たれるよう、界磁巻線電流を制御する。ダイオード１２５のプラスフィンは、バッテリー１６０のプラス電極に接続され、マイナスフィンは交流発電機１００と同一電位となっていて、バッテリー１６０のマイナス端子側に電気的に接続される。これらのダイオードは固定子巻線１０６で発生した交流の誘起電圧を全波整流し直流電圧に変換する。
【００２８】
本実施例において、交流発電機の固定子１０５内部で、回転子１０７が磁界を伴って回転することで、固定子１０５に発電電流が流れ、その発電電流は整流部１２４にて直流に整流される。また、回転子１０７に磁界を与える界磁電流は制御部１２０により制御される。
【００２９】
また、固定子１０５は、その外周をセンターブラケット１０２に接している。センターブラケット１０２は、例えばアルミダイカストの様な熱伝導率が８０W/m.K以上の良熱伝導体で構成されており、その壁内に設けられた冷却水路１５０に冷却液を流動させている。従って、固定子巻線１０６の自己発熱による熱量は、その大部分を冷却液に放散することが出来る。
【００３０】
さらに、制御部１２０は、自己発熱量が比較的小さい為、放散すべき熱量も小さいが、絶対的耐熱性が比較的低い為に、環境温度による影響が大きい。本発明では、この制御部１２０と整流部１２４の周囲を、例えばアルミダイカストの様な熱伝導率が８０W/m.K以上の良熱伝導体で構成されているカバー１１０により覆っている。また、このカバー１１０は、その外周部を、同じくアルミダイカストの様な熱伝導率が８０W/m.K以上の良熱伝導体で構成されているリアブラケット１０４を介してセンターブラケット１０２に固定されている。制御部１２０はヒートシンク１２７に熱的に接触し、このヒートシンク１２７は、リアブラケット１０４に固定されている。そして、ヒートシンクは、熱伝導率が８０W/m.K以上の良熱伝導体で構成されている。従って、制御部１２０や整流部１２４は、それらの自己発熱をセンターブラケット１０２に伝達し、冷却液を介して放散することが出来る。
【００３２】
さらに、制御部１２０、ブラシ保持部１２２及び整流部１２４を覆うリアカバー１１０は、熱伝導率が８０W/(m.K)以上の良熱伝導性の金属で形成されその外周部の大部分が前記ブラケットと金属接触する構造である。
【００３３】
そして、制御部１２０が自己発熱する熱量の大部分を、締結部材１３６を介してリアブラケット１０４ブラケット（１０２、１０３、１０４）内に流動する冷却液に伝える。このように、整流部１２０が自己発熱する熱量の大部分を、ブラケット（１０２、１０３、１０４）内に流動する冷却液に伝える構造をとることにより、リアカバー１１０及びブラケット（１０２、１０３、１０４）にほぼ全周を覆われた制御部１２０、及び整流部１２４の温度は、主に冷却液の温度に支配される。
【００３４】
これにより、交流発電機が長時間、高温雰囲気に晒される場合でも、外部の気温及び外部の近傍にある高温部品からの輻射熱に支配されることが無くなる。
【００３５】
先に述べたように、制御部のヒートシンクを水路側のハウジングに密着させる方式では、制御部、ブラシ、整流器などの配置に制約が生じ、その制約によって構造的な不具合や、組立て上の問題が生じる場合がある。本発明によれば、締結部材１３６を介して制御部の熱をハウジングに伝える構造を採用することによって、制御部１２０をハウジングに密着させる必要が無くなるため、制御部、ブラシ、整流器などの配置の自由度が向上する。
【００３６】
図６に、冷却性能に関する実験結果示す。図６は、制御部の冷却方式を空冷の状態と締結部材を介した水冷方式の場合のレギュレータケースの温度の差を示している。空冷方式では制御部の保持器は空冷オルタネータと共用可能なものを用いた。グラフ中の温度差は、締結部材１３６を介した冷却の効果代を示す。本発明の締結部材を介した水冷式によればレギュレータケースの温度は７０℃以下に保たれる。一方、空冷方式ではレギュレータケースの温度が９０℃〜１２０℃の高い温度になってしまう。このように、図６の例からも明らかなとおり、本発明の締結部材を介した水冷式にすることにより、制御部の確実な冷却と、取り付けの自由度の両立を図ることができる。
【００３７】
なお、自動車用交流発電機１００を、フロントブラケット１０３とリアブラケット１０４及びリアカバー１１０で構成し，センターブラケットを省略しても良い。制御部１２０は、リアブラケット１０４に保持される。この場合は，フロントブラケット１０３とリアブラケット１０４の各壁内部に、冷却液が流動する冷却水路が設けられる。センターブラケットを省略することにより、部品点数を削減できる。
【００３８】
次に、図７は、本発明の他の実施例になる液冷式自動車用交流発電機の全体構成を示す縦断面図である。この実施例では、制御部１２０は、ブラシ１２１、及び車両側と接続用のコネクタ部１２６と一体に成形された保持器１２２によって保持されている。制御部１２０のヒートシンク１２７は、締結部材１３６によってリアブラケット１０４に固定されている。制御部１２０と整流部１２４、及びブラシ１２１は、略同一平面に配置されている。
【００３９】
本実施例のように，ヒートシンク１２７が保持器を挟まず、締結部材１３６によって直接リアブラケット１０４と固定されていても、先の実施例と同様の効果を得ることが出来る。
【００４０】
次に、図８は、本発明の他の実施例になる液冷式自動車用交流発電機の全体構成を示す縦断面図である。図９は、同じくリアカバーを外した状態での制御部付近の外観斜視図である。この実施例では、制御部１２０が、保持器１２２とリアブラケット１０４の間に配置されている。制御部１２０のヒートシンク１２７は、締結部材１３６によってリアブラケット１０４に固定されている。この実施例でも、先に述べた実施例と同様の効果を得ることが出来る。
【００４１】
次に、図１０は、本発明の他の実施例になる液冷式自動車用交流発電機の全体構成を示す縦断面図である。図１１は、同じくリアカバーを外した状態での制御部付近の外観斜視図である。この実施例では、自動車用交流発電機１００が、フロントブラケット１０３とリアブラケット１０４及びリアカバー１１０を有している。制御部１２０はブラシ１２１、及び車両側と接統用のコネクタ部１２６と一体に成形された制御部保持器１２３によって保持されている。また、制御部１２０は、整流部１２４及びブラシ１２１に対して、交流発電機の軸方向に並んで、外側に配置されている。ヒートシンク１２７及び締結部材１３６は、熱伝導率が８０W/m.K以上の良熱伝導体で構成されている。従って、制御部１２０や整流部１２４の自己発熱が効果的にセンターブラケット１０２に伝達され、冷却液を介して放散される。
【００４２】
また、ブラシ１２１と制御部１２０が発電機の軸方向に対し直列に配置されている形状にすることによって、制御器１２０の保持器１２２の円周方向の面積を小さくし、リアカバー１１０内における他の部品の配置の自由度を向上させることが出来る。
【００４３】
次に、図１２は、本発明の他の実施例になる液冷式自動車用交流発電機の全体構成を示す縦断面図である。この実施例は、前の各実施例に対して、回転子のスリップリング１２８が、反プーリ側のベアリング１３５の内側に配置されている点で異なる。換言すると、制御部１２０や整流部１２４を、よりセンターブラケット１０２の近くに配置することが出来るので、それらの自己発熱を効果的にセンターブラケット１０２に伝達し冷却することが出来る。
【００４４】
【発明の効果】
本発明によれば、良熱伝導性の材料で形成された締結部材により、制御部と該制御部のヒートシンク、あるいは整流部を、ブラケット及びカバーから離れた位置に固定する。これにより、制御部や整流部が自己発熱する熱量の大部分を前記ブラケット内に流動する冷却液に伝える。そのため、カバー、ブラケットにほぼ全周を覆われた制御部、及び整流部の温度は、主に冷却液の温度に支配される。これによって、長時間、高温雰囲気に晒される場合でも外部の気温及び外部の近傍にある高温部品からの輻射熱に支配されることが無くなる。そのため、安定した冷却性を得ることのできる自動車用交流発電機を提供できる。
【００４５】
また、制御部をハウジングに密着させる必要が無くなるため、配置する自由度が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施例になる液冷式自動車用交流発電機の全体構成を示す縦断面図である。
【図２】 図１の交流発電機の縦断面図である。
【図３】 図１の交流発電機のリアカバーを外した側面図である。
【図４】 図１のリアカバーを外した状態での制御部付近の外観斜視図である。
【図５】 図１の制御部の回路構成図である。
【図６】 冷却性能に関する実験結果示す図である。
【図７】 本発明の他の実施例になる液冷式自動車用交流発電機の全体構成を示す縦断面図である。
【図８】 本発明の他の実施例になる液冷式自動車用交流発電機の全体構成を示す縦断面図である。
【図９】 図８のリアカバーを外した状態での制御部付近の外観斜視図である。
【図１０】 本発明の他の実施例になる液冷式自動車用交流発電機の全体構成を示す縦断面図である。
【図１１】 図１０のリアカバーを外した状態での制御部付近の外観斜視図である。
【図１２】 本発明の他の実施例になる液冷式自動車用交流発電機の全体構成を示す縦断面図である。
【符号の説明】
１００：自動車用交流発電機、１０２：センターブラケット、１０３：フロントブラケット、１０４：リアブラケット、１１０：リアカバー、１２０：制御部、１２７：ヒートシンク、１３６：締結部材、１３８：支持柱。
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車用交流発電機に係り、特に液冷方式の自動車用交流発電機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の自動車用交流発電機は、その自己発熱による熱量を、空気中に放熱する「空冷」方式が主であったが、近年、エンジンルーム内の各部品の表面温度が高温となり、その結果空気温度が高くなるに従い、空冷では熱量を放散しきれないケースも出てきた。
【０００３】
しかし、自動車用交流発電機の制御部は、自己発熱量は小さいものの、絶対的耐熱性も発電コイルに比較すると低いことから、十分な冷却性の確保が重要な課題である。
【０００４】
特に、低騒音化や出力・効率向上のニーズを背景として、近年の自動車は、エンジンルーム内の高密度化、エンジンの高効率化、低エミッション化の影響により、エンジンルーム内気温の高温化、及びエンジンルーム内の各部品の高温化による輻射熱が増大する傾向にある。その結果として、交流発電機がエンジンルーム内において長時間、高温雰囲気に晒され、自動車用交流発電機としての、性能低下や、寿命の低下に繋がっている。
【０００５】
また、低熱伝導性の部材による遮熱板等を、エンジンルーム内の高温部品と自動車用交流発電機の間に配置し、熱的に遮断するという方法もある。しかし、この方法では、運転時間が長くなるに従いエンジンルーム内全体の空気温度が上昇するのを避けられず、自動車用交流発電機の高温化対策としては効果が小さい。
【０００６】
このような自動車用交流発電機の高温化対策として、例えば、特開平７−１９４０６０号公報や特開２０００−２４５１１１号公報に記載された例のように、液冷方式の車両用交流発電機が開発されるようになった。
【０００７】
特開平７−１９４０６０号公報、ＥＰ１０４１６９９Ａ２、ＥＰ１０９６６４７Ａ２に記載の交流発電機では、電圧調整器や整流部からの発熱が、ヒートシンク、後ハウジング等を介して放散され、冷却される構成になっている。また、特開２０００−２４５１１１号公報記載の交流発電機では、電圧調整器や整流部からの発熱が、放熱板、反プーリ側のリアブラケット、良熱伝導体、水冷ハウジング等を介して放散され、冷却される構成になっている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記特開平７−１９４０６０号公報や特開２０００−２４５１１１号公報に記載の方式では、制御部を水冷式にするために、制御部のヒートシンクを後ハウジングやリアブラケットに密着させなければならず、制御部、ブラシ、整流器などの配置に制約が生じ、その制約によって構造的な不具合や、組立て上の問題が生じる場合がある。
【０００９】
本発明の目的は、高温のエンジンルーム内に配置される自動車用交流発電機において、制御部の配置位置の自由度が高く、かつ、充分な冷却能力を有する液冷方式の自動車用交流発電機を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、発電コイルを有する固定子と、前記固定子内で回転し該固定子に対して交番磁界を供給する回転子と、発電量の制御を行う制御部と、発電電流の整流を行う整流部と、前記固定子及び前記回転子を保持する複数のブラケットと、少なくとも１つの前記ブラケット内に冷却液を流動させて前記発電コイルが自己発熱する熱を該交流発電機の外部に伝達するための冷却液流路とを備えた自動車用交流発電機において、良熱伝導性の材料で形成され、前記制御部と該制御部のヒートシンクを一体的に前記ブラケットから離れた位置において該ブラケットに固定する締結部材を有し、該締結部材により前記制御部の熱を前記ブラケットに伝達するようにしたことを特徴とする。
【００１１】
本発明の他の特徴は、発電コイルを有する固定子と、前記固定子内で回転し該固定子に対して交番磁界を供給する回転子と、発電量の制御を行う制御部と、発電電流の整流を行う整流部と、前記固定子及び前記回転子を保持する複数のブラケットと、前記制御部及び前記整流部を覆うカバーと、少なくとも１つの前記ブラケット内に冷却液を流動させて前記発電コイルが自己発熱する熱を該交流発電機の外部に伝達する冷却液流路とを備えた自動車用交流発電機において、前記複数のブラケット及び前記カバーは、良熱伝導性の金属で形成されており、前記整流部は、前記ブラケットの１つに保持されており、前記カバーは、外周部を前記１つのブラケットと金属接触しており、良熱伝導性の材料で形成され、前記制御部と該制御部のヒートシンクを一体的に、前記１つのブラケットと前記カバーの間において前記１つのブラケットに固定する締結部材を有し、該締結部材により前記制御部の熱を前記１つのブラケットに伝達するようにしたことにある。
【００１２】
本発明によれば、良熱伝導性の材料で形成された締結部材により、前記制御部と該制御部のヒートシンク、あるいは整流部を、前記ブラケット及び前記カバーから離れた位置に固定する。これにより、制御部や整流部が自己発熱する熱量の大部分を前記ブラケット内に流動する冷却液に伝える。そのため、カバー、ブラケットにほぼ全周を覆われた制御部、及び整流部の温度は、主に冷却液の温度に支配される。これによって、長時間、高温雰囲気に晒される場合でも外部の気温及び外部の近傍にある高温部品からの輻射熱に支配されることが無くなる。
【００１３】
また、制御部をハウジングに密着させる必要が無くなるため、配置する自由度が向上する。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施例を図１〜図５に示す。図１は、本発明の一実施例になる液冷式自動車用交流発電機の全体構成を示す縦断面図である。また、図２は、図１の交流発電機の縦断面図である。また、図３は、図１の交流発電機のリアカバーを外した側面図であり、図４は、同じくリアカバーを外した状態での制御部付近の外観斜視図である。図５は制御部の回路構成図である。
【００１５】
自動車用交流発電機１００は、センターブラケット１０２とプーリ側に配置されるフロントブラケット１０３と反プーリ側のリアブラケット１０４及びリアカバー１１０を有している。フロントブラケット１０３は、アルミダイカスト製であり軸受け１３２を介して回転子のシャフト１０１を保持する構造となっている。センターブラケット１０２も同じくアルミダイカスト製であり、シャフト１０１をリア軸受け１３４を介して保持している。センターブラケット１０２の内周部には、固定子１０５が保持されている。また、センターブラケット壁内部及びリアブラケット壁内部には、冷却液が流動する冷却水路１５０が設けられている。シャフト１０１の一方の端部にはプーリ１３０が取り付けられ、他端部にはスリップリング１２８が取り付けられている。プーリ１３０はベルトを介してエンジンの出力軸に配置されたプーリと接続される。また、シャフト１０１の中央部には回転子１０７が取り付けられており、この回転子の外周部には爪形の形状を持つ一対の爪形磁極１０８が配置されている。また、センターブラケット１０２には固定子コア１０５が内蔵され、この固定子コア１０５の内周面は回転子の爪形磁極１０８表面と僅かな間隔を隔てて配置されている。固定子コア１０５にはティースとスロットが配置され、この固定子コア１０５の凹部に相当するスロットには固定子巻線１０６が３相に巻かれている。回転子１０７の中心部には界磁巻線（発電コイル）１０９が巻かれ、この界磁巻線１０９にブラシ１２１からスリップリング１２８を経て直流電流を流すことによって爪形磁極１０８を磁化させる。エンジンの駆動によって回転子１０７が回転されると、固定子巻線１０６に３相の誘起電圧が発生する。
【００１６】
リアブラケット１０４には、発電電圧を調整する制御部１２０、ブラシ保持部１２２及び発電電流の整流を行う整流部１２４が固定されおり、これらはリアカバー１１０にて覆われている。制御部１２０は薄板状の基板に形成された集積回路等からなり、基板の裏面に放熱用の平板状のヒートシンク１２７が面接触するように配置されている。
【００１７】
図３、図４に示すように、制御部１２０及びヒートシンク１２７は、ブラシ１２１、及び車両側と接続用のコネクタ部１２６と一体に成形された保持器１２２によって保持されている。制御部１２０及びヒートシンク１２７は、締結部材１３６によってリアブラケット(またはセンターブラケット)に固定されている。すなわち、リアブラケット１０４にねじ穴を有する支持柱１３８が設けられており、これにヒートシンク１２７の取り付けボス部を対応させ、締結部材としての長軸ボルト１３６により、ヒートシンク１２７をリアブラケット１０４に固定する。換言すると、制御部１２０のヒートシンク１２７は、支持柱１３８及び取り付けボス部の長さだけ、リアブラケット１０４から離れた位置にあり、また、リアカバー１１０から見ても離れた位置にある。そして、制御部１２０のヒートシンク１２７は、締結部材１３６によってリアブラケット１０４に熱を伝達するようにして固定されている。
【００１８】
締結部材１３６は、鉄または黄銅を採用することが望ましく、熱伝導率λは３０Ｗ／ｍＫ以上であることが望ましい。また、リアブラケット１０４、リアカバー１１０は、共に熱の良伝導体であるアルミダイカスト製である。
【００１９】
なお、アルミダイカストは製法の一例であり、リアブラケット１０４、リアカバー１１０は、例えばアルミの板材から、プレス成形にて作ることも可能である。
【００２０】
なお、締結部材の構成は、実施例に示した長軸ボルトと支持柱の組み合わせに限定されるものではなく、制御部１２０及びヒートシンク１２７を、リアブラケット１０４とリアカバー１１０の双方から離れた位置に保持するとともに、制御部１２０の熱をリアブラケットに効率よく伝達できるものであればよい。
【００２１】
また、制御部１２０と発電電流を整流する整流部１２４、及び回転子に電流を供給するためのブラシ１２１が略同一平面に配置されている。
【００２２】
反プーリ側の軸受け１３４は、センターブラケット１０２により保持され、制御部１２０、整流部１２４及びブラシ１２１を配置するリアカバー１１０よりも内側にある。
【００２３】
本実施例においては、制御部１２０の発熱がヒートシンク１２７を伝わり、締結部材１３６を介して冷却水路１５０を循環する冷却液へと放熱される。締結部材１３６を介して放熱されるため、ヒートシンク１２７とリアブラケット１０４の間に樹脂製の保持器１２２を挟んだとしても、制御部１２０からリアブラケット１０４への熱の伝達は良好である。
【００２４】
この液冷式交流発電機において、交流発電機内を冷却液が循環する冷却水路１５０は、センターブラケットの軸方向に伸びる環状凹部１５１（図２参照）の端面の一方又は両方が開口しており、それらの開口部が、フロントブラケット１０３やリアブラケット１０４にて其々塞がれ、密閉された流路として構成されている。本実施例では、冷却水路が後方のみ開口している例を示している。この冷却水路１５０は、センターブラケット１０２の外周に設けられた冷却液給排水孔１５２に連通している。
【００２５】
発電電圧を調整する制御部１２０のヒートシンクの熱は、締結部材１３６を介して冷却水路１５０の一部を構成するリアブラケット１０４に固定されており、制御部１２０の熱が締結部材１３６を介してリアブラケット１０４に伝達され、冷却水で冷却され放熱される。冷却水路１５０は、センターブラケット１０２の外周に設けられた冷却液給排水孔１５２を介して、エンジンの冷却水循環経路に連通している。この冷却水循環経路には、ラジエータ、サーモスタット及びポンプが接続されている。交流発電機で発生した熱は、冷却水循環経路を流れる液体を冷媒とし、ラジエータにおいて熱交換されて放熱される。
【００２６】
図３、図４に示すように、制御部１２０はブラシ１２１、及び車両側と接統用のコネクタ部１２６と一体に成形された制御部保持器１２３によって保持されている。また、制御部１２０と発電電流を整流する整流部１２４、及び回転子に電流を供給するためのブラシ１２１が、軸方向に見て略同一位置、換言すると略同一平面に配置されている。１２５は整流回路を構成するダイオードである。制御部１２０のヒートシンク１２７は、リアブラケット１０４に保持器を挟む様にして、固定保持される。
【００２７】
図５において、制御部１２０は、バッテリーを充電するためにダイオード１２５で整流した直流電圧が約１４．３Ｖ程度の一定電圧に保たれるよう、界磁巻線電流を制御する。ダイオード１２５のプラスフィンは、バッテリー１６０のプラス電極に接続され、マイナスフィンは交流発電機１００と同一電位となっていて、バッテリー１６０のマイナス端子側に電気的に接続される。これらのダイオードは固定子巻線１０６で発生した交流の誘起電圧を全波整流し直流電圧に変換する。
【００２８】
本実施例において、交流発電機の固定子１０５内部で、回転子１０７が磁界を伴って回転することで、固定子１０５に発電電流が流れ、その発電電流は整流部１２４にて直流に整流される。また、回転子１０７に磁界を与える界磁電流は制御部１２０により制御される。
【００２９】
また、固定子１０５は、その外周をセンターブラケット１０２に接している。センターブラケット１０２は、例えばアルミダイカストの様な熱伝導率が８０W/m.K以上の良熱伝導体で構成されており、その壁内に設けられた冷却水路１５０に冷却液を流動させている。従って、固定子巻線１０６の自己発熱による熱量は、その大部分を冷却液に放散することが出来る。
【００３０】
さらに、制御部１２０は、自己発熱量が比較的小さい為、放散すべき熱量も小さいが、絶対的耐熱性が比較的低い為に、環境温度による影響が大きい。本発明では、この制御部１２０と整流部１２４の周囲を、例えばアルミダイカストの様な熱伝導率が８０W/m.K以上の良熱伝導体で構成されているカバー１１０により覆っている。また、このカバー１１０は、その外周部を、同じくアルミダイカストの様な熱伝導率が８０W/m.K以上の良熱伝導体で構成されているリアブラケット１０４を介してセンターブラケット１０２に固定されている。制御部１２０はヒートシンク１２７に熱的に接触し、このヒートシンク１２７は、リアブラケット１０４に固定されている。そして、ヒートシンクは、熱伝導率が８０W/m.K以上の良熱伝導体で構成されている。従って、制御部１２０や整流部１２４は、それらの自己発熱をセンターブラケット１０２に伝達し、冷却液を介して放散することが出来る。
【００３２】
さらに、制御部１２０、ブラシ保持部１２２及び整流部１２４を覆うリアカバー１１０は、熱伝導率が８０W/(m.K)以上の良熱伝導性の金属で形成されその外周部の大部分が前記ブラケットと金属接触する構造である。
【００３３】
そして、制御部１２０が自己発熱する熱量の大部分を、締結部材１３６を介してリアブラケット１０４ブラケット（１０２、１０３、１０４）内に流動する冷却液に伝える。このように、整流部１２０が自己発熱する熱量の大部分を、ブラケット（１０２、１０３、１０４）内に流動する冷却液に伝える構造をとることにより、リアカバー１１０及びブラケット（１０２、１０３、１０４）にほぼ全周を覆われた制御部１２０、及び整流部１２４の温度は、主に冷却液の温度に支配される。
【００３４】
これにより、交流発電機が長時間、高温雰囲気に晒される場合でも、外部の気温及び外部の近傍にある高温部品からの輻射熱に支配されることが無くなる。
【００３５】
先に述べたように、制御部のヒートシンクを水路側のハウジングに密着させる方式では、制御部、ブラシ、整流器などの配置に制約が生じ、その制約によって構造的な不具合や、組立て上の問題が生じる場合がある。本発明によれば、締結部材１３６を介して制御部の熱をハウジングに伝える構造を採用することによって、制御部１２０をハウジングに密着させる必要が無くなるため、制御部、ブラシ、整流器などの配置の自由度が向上する。
【００３６】
図６に、冷却性能に関する実験結果示す。図６は、制御部の冷却方式を空冷の状態と締結部材を介した水冷方式の場合のレギュレータケースの温度の差を示している。空冷方式では制御部の保持器は空冷オルタネータと共用可能なものを用いた。グラフ中の温度差は、締結部材１３６を介した冷却の効果代を示す。本発明の締結部材を介した水冷式によればレギュレータケースの温度は７０℃以下に保たれる。一方、空冷方式ではレギュレータケースの温度が９０℃〜１２０℃の高い温度になってしまう。このように、図６の例からも明らかなとおり、本発明の締結部材を介した水冷式にすることにより、制御部の確実な冷却と、取り付けの自由度の両立を図ることができる。
【００３７】
なお、自動車用交流発電機１００を、フロントブラケット１０３とリアブラケット１０４及びリアカバー１１０で構成し，センターブラケットを省略しても良い。制御部１２０は、リアブラケット１０４に保持される。この場合は，フロントブラケット１０３とリアブラケット１０４の各壁内部に、冷却液が流動する冷却水路が設けられる。センターブラケットを省略することにより、部品点数を削減できる。
【００３８】
次に、図７は、本発明の他の実施例になる液冷式自動車用交流発電機の全体構成を示す縦断面図である。この実施例では、制御部１２０は、ブラシ１２１、及び車両側と接続用のコネクタ部１２６と一体に成形された保持器１２２によって保持されている。制御部１２０のヒートシンク１２７は、締結部材１３６によってリアブラケット１０４に固定されている。制御部１２０と整流部１２４、及びブラシ１２１は、略同一平面に配置されている。
【００３９】
本実施例のように，ヒートシンク１２７が保持器を挟まず、締結部材１３６によって直接リアブラケット１０４と固定されていても、先の実施例と同様の効果を得ることが出来る。
【００４０】
次に、図８は、本発明の他の実施例になる液冷式自動車用交流発電機の全体構成を示す縦断面図である。図９は、同じくリアカバーを外した状態での制御部付近の外観斜視図である。この実施例では、制御部１２０が、保持器１２２とリアブラケット１０４の間に配置されている。制御部１２０のヒートシンク１２７は、締結部材１３６によってリアブラケット１０４に固定されている。この実施例でも、先に述べた実施例と同様の効果を得ることが出来る。
【００４１】
次に、図１０は、本発明の他の実施例になる液冷式自動車用交流発電機の全体構成を示す縦断面図である。図１１は、同じくリアカバーを外した状態での制御部付近の外観斜視図である。この実施例では、自動車用交流発電機１００が、フロントブラケット１０３とリアブラケット１０４及びリアカバー１１０を有している。制御部１２０はブラシ１２１、及び車両側と接統用のコネクタ部１２６と一体に成形された制御部保持器１２３によって保持されている。また、制御部１２０は、整流部１２４及びブラシ１２１に対して、交流発電機の軸方向に並んで、外側に配置されている。ヒートシンク１２７及び締結部材１３６は、熱伝導率が８０W/m.K以上の良熱伝導体で構成されている。従って、制御部１２０や整流部１２４の自己発熱が効果的にセンターブラケット１０２に伝達され、冷却液を介して放散される。
【００４２】
また、ブラシ１２１と制御部１２０が発電機の軸方向に対し直列に配置されている形状にすることによって、制御器１２０の保持器１２２の円周方向の面積を小さくし、リアカバー１１０内における他の部品の配置の自由度を向上させることが出来る。
【００４３】
次に、図１２は、本発明の他の実施例になる液冷式自動車用交流発電機の全体構成を示す縦断面図である。この実施例は、前の各実施例に対して、回転子のスリップリング１２８が、反プーリ側のベアリング１３５の内側に配置されている点で異なる。換言すると、制御部１２０や整流部１２４を、よりセンターブラケット１０２の近くに配置することが出来るので、それらの自己発熱を効果的にセンターブラケット１０２に伝達し冷却することが出来る。
【００４４】
【発明の効果】
本発明によれば、良熱伝導性の材料で形成された締結部材により、制御部と該制御部のヒートシンク、あるいは整流部を、ブラケット及びカバーから離れた位置に固定する。これにより、制御部や整流部が自己発熱する熱量の大部分を前記ブラケット内に流動する冷却液に伝える。そのため、カバー、ブラケットにほぼ全周を覆われた制御部、及び整流部の温度は、主に冷却液の温度に支配される。これによって、長時間、高温雰囲気に晒される場合でも外部の気温及び外部の近傍にある高温部品からの輻射熱に支配されることが無くなる。そのため、安定した冷却性を得ることのできる自動車用交流発電機を提供できる。
【００４５】
また、制御部をハウジングに密着させる必要が無くなるため、配置する自由度が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施例になる液冷式自動車用交流発電機の全体構成を示す縦断面図である。
【図２】 図１の交流発電機の縦断面図である。
【図３】 図１の交流発電機のリアカバーを外した側面図である。
【図４】 図１のリアカバーを外した状態での制御部付近の外観斜視図である。
【図５】 図１の制御部の回路構成図である。
【図６】 冷却性能に関する実験結果示す図である。
【図７】 本発明の他の実施例になる液冷式自動車用交流発電機の全体構成を示す縦断面図である。
【図８】 本発明の他の実施例になる液冷式自動車用交流発電機の全体構成を示す縦断面図である。
【図９】 図８のリアカバーを外した状態での制御部付近の外観斜視図である。
【図１０】 本発明の他の実施例になる液冷式自動車用交流発電機の全体構成を示す縦断面図である。
【図１１】 図１０のリアカバーを外した状態での制御部付近の外観斜視図である。
【図１２】 本発明の他の実施例になる液冷式自動車用交流発電機の全体構成を示す縦断面図である。
【符号の説明】
１００：自動車用交流発電機、１０２：センターブラケット、１０３：フロントブラケット、１０４：リアブラケット、１１０：リアカバー、１２０：制御部、１２７：ヒートシンク、１３６：締結部材、１３８：支持柱。
Claims (8)
- 発電コイルを有する固定子と、前記固定子内で回転し該固定子に対して交番磁界を供給する回転子と、ヒートシンクを備え、発電量の制御を行う制御部と、発電電流の整流を行う整流部と、前記固定子及び前記回転子を保持する複数のブラケットと、少なくとも１つの前記ブラケット内に冷却液を流動させて前記発電コイルが自己発熱する熱を該交流発電機の外部に伝達するための冷却液流路とを備えた自動車用交流発電機において、前記ヒートシンクに熱的に接続され、前記ブラケットから離れた位置において前記制御部と前記ヒートシンクを一体的に前記ブラケットに固定する良熱伝導性の材料で形成された締結部材を設け、前記締結部材は前記制御部から前記ヒートシンクに熱伝達された前記制御部の熱を前記ヒートシンクから前記ブラケットに熱伝達するように構成されていることを特徴とする自動車用交流発電機。
- 発電コイルを有する固定子と、前記固定子内で回転し該固定子に対して交番磁界を供給する回転子と、ヒートシンクを備え、発電量の制御を行う制御部と、発電電流の整流を行う整流部と、前記固定子及び前記回転子を保持する複数のブラケットと、少なくとも１つの前記ブラケット内に冷却液を流動させて前記発電コイルが自己発熱する熱を該交流発電機の外部に伝達するための冷却液流路とを備えた自動車用交流発電機において、前記ブラケットに設けられている支持柱と、前記制御部から前記ヒートシンクに熱伝達された前記制御部の熱を前記ヒートシンクから前記ブラケットに熱伝達するように構成され、前記支持柱に固定されて前記ブラケットから離れた位置において前記制御部と前記ヒートシンクを一体的に前記ブラケットに固定する良熱伝導性の材料で形成された締結部材とを設けたことを特徴とする自動車用交流発電機。
- 発電コイルを有する固定子と、前記固定子内で回転し該固定子に対して交番磁界を供給する回転子と、ヒートシンクを備え、発電量の制御を行う制御部と、発電電流の整流を行う整流部と、フロントブラケット、センターブラケットおよびリアブラケットから構成され、前記固定子及び前記回転子を保持するブラケットと、少なくとも１つの前記ブラケット内に冷却液を流動させて前記発電コイルが自己発熱する熱を該交流発電機の外部に伝達するための冷却液流路とを備えた自動車用交流発電機において、前記リアブラケットに設けられている支持柱と、前記ヒートシンクに熱的に接続され、前記支持柱に固定されて前記リアブラケットから離れた位置において前記制御部と前記ヒートシンクを一体的に前記リアブラケットに固定する良熱伝導性の材料で形成された締結部材とを設け、前記締結部材は前記制御部から前記ヒートシンクに熱伝達された前記制御部の熱を前記ヒートシンクから前記リアブラケットに熱伝達するように構成されていることを特徴とする自動車用交流発電機。
- 発電コイルを有する固定子と、前記固定子内で回転し該固定子に対して交番磁界を供給する回転子と、発電量の制御を行う制御部と、発電電流の整流を行う整流部と、前記固定子及び前記回転子を保持する複数のブラケットと、前記制御部及び前記整流部を覆うカバーと、少なくとも１つの前記ブラケット内に冷却液を流動させて前記発電コイルが自己発熱する熱を該交流発電機の外部に伝達する冷却液流路とを備えた自動車用交流発電機において、
前記複数のブラケット及び前記カバーは、良熱伝導性の金属で形成されており、
前記整流部は、前記ブラケットの１つに保持されており、
前記カバーは、外周部を前記１つのブラケットと金属接触しており、
前記制御部のヒートシンクに熱的に接続され、前記ブラケットから離れた位置において前記制御部と前記ヒートシンクを一体的に前記ブラケットに固定する良熱伝導性の材料で形成された締結部材を有し、
前記締結部材は前記制御部から前記ヒートシンクに熱伝達された前記制御部の熱を前記 ヒートシンクから前記１つのブラケットに熱伝達するように構成されていることを特徴とする自動車用交流発電機。 - 請求項１〜４のいずれか１項において、前記制御部と前記整流部及び前記回転子に電流を供給するためのブラシとが、前記回転子軸方向に見て略同一位置の面内に配置されていることを特徴とする自動車用交流発電機。
- 請求項１〜４のいずれか１項において、
前記ブラケットが、センターブラケットとプーリ側に配置されるフロントブラケットと反プーリ側のリアブラケットからなり、
少なくとも前記センターブラケットと前記リアブラケットに、前記冷却液流路が形成され、
前記反プーリ側の軸受けが、前記センターブラケットにより保持されており、
前記締結部材が、前記制御部と前記ヒートシンクを一体的に、前記１つのブラケットと前記カバーの間において前記１つのブラケットに固定するものである、ことを特徴とする自動車用交流発電機。 - 請求項１〜４のいずれか１項において、
前記ブラケットが、センターブラケットとプーリ側に配置されるフロントブラケットと反プーリ側のリアブラケットからなり、
少なくとも前記センターブラケット前記リアブラケットに、前記冷却液流路が形成され、
反プーリ側の軸受けが、前記センターブラケットにより保持されている、ことを特徴とする自動車用交流発電機。 - 請求項１〜４のいずれか１項において、前記締結部材は前記ヒートシンクを前記１つのブラケットにボルト締めして固定するボルトであることを特徴とする自動車用交流発電機。
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