JP3707476B2

JP3707476B2 - 車両用交流発電機

Info

Publication number: JP3707476B2
Application number: JP2003073182A
Authority: JP
Inventors: 伊藤　　元紀; 賢治上田
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2003-03-18
Filing date: 2003-03-18
Publication date: 2005-10-19
Anticipated expiration: 2023-03-18
Also published as: JP2004282937A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、乗用車やトラック等に搭載される車両用交流発電機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車両走行抵抗の低減のためのスラントノーズ化や車室内居住空間確保というニーズからエンジンルームが近年ますます狭小化しているため、車両用交流発電機の搭載スペースに余裕がなくなってきており、同時にエンジンルーム内の温度も高くなってきている。また、燃費向上のために、例えばアイドル時などのエンジン回転数が低下し、車両用交流発電機の回転数も低下しているにもかかわらず、安全制御機器などによる電気負荷の増加により、発電能力の向上が要求されている。このような要求に応えようとすると、車両用交流発電機を構成する各種部品の発熱が増大し、特に、固定子により発生した交流電圧を直流電圧に変換する整流装置の整流素子の温度上昇が問題となる。このため、限られたスペース内で整流装置に備わった放熱フィンを効率よく冷却する必要がある。
【０００３】
従来の車両用交流発電機に用いられている整流装置としては、放熱フィンをアルミダイカスト等の肉厚材料で構成したものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。この整流装置は、負極側の放熱フィンおよびこれに取り付けられた整流素子を直接リヤフレームに接触させるとともに、正極側の放熱フィンの内周側に冷却風を通すことにより、負極側および正極側の各整流素子の冷却を行っている。
【０００４】
【特許文献１】
独国特許出願公開第１９８２８５１８号明細書（第１−２頁、図１−３）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、近年の車載機器の効率向上に伴う熱源不足に対応した新たなヒータを搭載したり、排出ガスの浄化装置を搭載したりするために、さらなる高出力化が求められており、上述した特許文献１に開示された車両用交流発電機に備わった整流装置では冷却性が不十分であるという問題があり、構造を変えずに出力電流を増加させると、その分だけ温度が上昇して許容温度範囲を超えてしまうおそれがある。これに対し、放熱フィンを大型化して放熱面積を増やしたり、冷却風を発生させる冷却ファンを大径化して冷却風量を増すことが考えられるが、これらはいずれも最近の小型化の傾向に反するものであり、採用は難しい。また、特許文献１の車両用交流発電機に備わった整流装置の放熱フィンは、板状の部材が用いられているため、振動しやすいという問題があり、異音発生の原因になることもある。
【０００６】
本発明は、このような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、整流装置の冷却性および耐振性を向上させることができる車両用交流発電機を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために、本発明の車両用交流発電機は、回転子と、回転子と対向配置された固定子と、回転子と固定子とを支持するフレームと、フレームに固定されて整流素子の冷却と電気的接続を行う放熱フィンを有する整流装置と、整流装置を経由して回転子側に冷却風を吸入する冷却風発生装置とを備えており、放熱フィンは、整流素子が固定される固定部と、固定部から放射状に延伸する第１のサブフィンと、固定部と第１のサブフィンと放熱フィンの外周端部とで包囲された開口部を分割する第２のサブフィンとを備えている。これにより、発熱部に近い整流素子の固定部に直接冷却風をあてて放熱させることができるとともに、固定部の近傍に形成された開口部を横切るように第２のサブフィンが補強部材として用いられているため放熱フィンの耐振性を向上させることが可能になる。
【０００８】
また、上述した開口部を形成する少なくとも一の側面は、吸入される冷却風の流れに沿って開口面積を減少させるように傾斜していることが望ましい。これにより、開口部の内壁面の面積を広げることができ、放熱面積の拡大による冷却性の向上を図ることが可能になる。また、冷却風が開口部内を通過する際に次第に開口面積が減少するため、冷却風の流速が次第に増し、開口部の内壁面からの放熱効率を上げることができる。
【０００９】
また、上述した第２のサブフィンは、整流素子の中心軸に対して同心円状の円弧形状を有していることが望ましい。これにより、隣接する２つの第１のサブフィンの間を第２のサブフィンで連結することによる耐振性向上とともに、冷却風の通路に第２のサブフィンが配置されることにより放熱面積の増大による冷却性向上が可能になる。
【００１０】
また、上述した第２のサブフィンは、回転子の回転軸を基準にして、整流素子の固定位置よりも外径側に形成されていることが望ましい。これにより、内径側に形成した場合に比べて、放熱面積を広くすることが可能になる。
また、上述した第２のサブフィンは、回転子の回転軸方向に沿った長さが第１のサブフィンの回転軸方向に沿った長さよりも短く、かつ、冷却風の吸入側端部が第１のサブフィンの吸入側端部よりも冷却風発生装置側に形成されていることが望ましい。これにより、冷却風の吸入側の開口面積を減らすことなく第２のサブフィンを形成することが可能になり、冷却性および耐振性を向上させることができる。
【００１１】
また、上述した放熱フィンは、互いに回転子の回転軸方向に重ねて配置される正極側および負極側の２種類の放熱フィンを含んでおり、少なくとも冷却風の流れに沿った上流側に配置された放熱フィンについて第１および第２のサブフィンが備わっていることが望ましい。これにより、冷却風の上流側に配置された放熱フィンによる通風抵抗の低減が可能になり、下流側に配置された放熱フィンを効率よく冷却するとともに整流装置全体の冷却性をさらに向上させることが可能になる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を適用した一実施形態の車両用交流発電機について、図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明を適用した一実施形態の車両用交流発電機の断面図である。
【００１３】
図１に示すように、本実施形態の車両用交流発電機１は、エンジンからベルト（図示せず）およびプーリ１０を介して回転駆動される回転子２と、電機子として働く固定子４と、回転子２と固定子４とを一対の軸受け３ｃ、３ｄを介して支持するフロントフレーム３ａおよびリアフレーム３ｂと、固定子４に接続されて交流出力を直流出力に変換する整流装置５と、回転子２の界磁コイル２２に界磁電流を供給するブラシを保持するブラシ装置７と、出力電圧を制御するレギュレータ９と、車両との間で電気信号を入出力する端子を持つコネクタケース６と、整流装置５やレギュレータ９やブラシ装置７等を覆うようにリアフレーム３ｂの端面に取り付けられる樹脂製の保護カバー８等を含んで構成されている。
【００１４】
回転子２は、回転子磁極２４の軸方向端面に、外部から整流装置５を経由して冷却風を吸入する冷却風発生装置としての冷却ファン２６を備えている。
次に、整流装置５の詳細について説明する。図２は、整流装置５の平面図である。また、図３は整流装置５の断面構造を示す車両用交流発電機１の部分断面図である。図４は整流装置５に含まれる正極側放熱フィンの平面図である。図５は正極側放熱フィンの底面図である。図６は、図４のＶＩ−ＶＩ拡大断面図である。図７は、図４のＶＩＩ−ＶＩＩ線拡大断面図である。図８は、整流装置５に含まれる負極側放熱フィンの平面図である。図９は、負極側放熱フィンの底面図である。図１０は、正極側放熱フィンと負極側放熱フィンとを重ねた状態を示す斜視図であり、各放熱フィン以外の部品は省略されている。
【００１５】
整流装置５は、軸方向に２段に重ねられた馬蹄形の正極側放熱フィン５０１、負極側放熱フィン５０３と、正極側放熱フィン５０１に取り付けられた正極側整流素子５０２と、負極側放熱フィン５０３に取り付けられた負極側整流素子５０４と、端子台５１３とを含んで構成されている。
【００１６】
端子台５１３は、正極側放熱フィン５０１と負極側放熱フィン５０３の間を電気的に絶縁する樹脂製絶縁部材であり、固定子４で発生する交流電圧を正極側整流素子５０２および負極側整流素子５０４に導くための導電部材５１４を内蔵している。正極側整流素子５０２は、リード部５１０が負極側放熱フィン５０３に向くように配置されており、負極側整流素子５０４は、リード部５１２が正極側放熱フィン５０１に向くように配置されている。
【００１７】
また、これらの正極側整流素子５０２および負極側整流素子５０４のそれぞれは、正極側放熱フィン５０１あるいは負極側放熱フィン５０３に設けられた圧入孔に打ち込み固定されており、それぞれのリード部５１０、５１２は、端子台５１３の導電部材５１４に電気接続されて全波整流回路を形成している。例えば、本実施形態では、２組の三相全波整流回路を形成するよう、図２に示すように、正極側放熱フィン５０１には６個の正極側整流素子５０２が、負極側放熱フィン５０３には６個の負極側整流素子５０４がそれぞれ配置されている。
【００１８】
また、正極側放熱フィン５０１には出力端子としてのボルト５００が取り付けられており、このボルト５００から直流出力が取り出される。
上述した構造を有する整流装置５は、リアフレーム３ｂと保護カバー８との間に配置されており、リアベアリングボックス３０の支持部材としての締結ボルト３１に、保護カバー８とともに締結固定されている。また、負極側放熱フィン５０３は、正極側放熱フィン５０１に比べ外径寸法が大きく設定されており、負極側整流素子５０４は、正極側整流素子５０２よりも外径側に配置されている。
【００１９】
また、図３に示すように、負極側放熱フィン５０３は、締結ボルト３１周辺においてはリアフレーム３ｂに接しており、それ以外の場所では、少なくとも負極側整流素子５０４の打ち込み部とリアフレーム３ｂの間には、保護カバー８とリアフレーム３ｂ間の径方向開口部８０２からリアフレーム３ｂの吸気口８０３に通ずる通風溝８１０が形成されている。また、保護カバー８には、正極側整流素子５０２近傍に、軸方向開口部８０１が設けられている。
【００２０】
本実施形態では、正極側放熱フィン５０１および負極側放熱フィン５０３は、例えばアルミダイカストによって形成されており、量産性の向上によるコストダウンが図られている。なお、アルミ材や銅材等の熱伝導率が良好な金属材料を切削加工してこれらの放熱フィンを形成してもよい。
【００２１】
正極側放熱フィン５０１は、正極側整流素子５０２が固定される円筒状の圧入孔としての６箇所の固定部５０５と、各固定部５０５から放射状に延伸する放射状サブフィン（第１のサブフィン）５０６と、隣接する放射状サブフィン５０６を円弧状に連結する円弧状サブフィン（第２のサブフィン）５０７とを備えている。固定部５０５と放射状サブフィン５０６と正極側放熱フィン５０１の外周端部５０８とで包囲された開口部によって軸方向通風路５０９が形成されている。また、円弧状サブフィン５０７は、正極側整流素子５０２の中心軸に対して同心円状となるように配置されており、この円弧状サブフィン５０７によって、軸方向通風路５０９を形成する開口部が分割されている。さらに、この円弧状サブフィン５０７は、回転子２の回転軸２１を基準にして、正極側整流素子５０２の固定位置よりも外径側に形成されている。
【００２２】
また、図６に示すように、円弧状サブフィン５０７は、回転子２の回転軸２１に沿った長さが放射状サブフィン５０６の回転軸２１に沿った長さよりも短く、しかも、冷却風の吸入側端部が放射状サブフィン５０６の吸入側端部よりも回転子２の冷却ファン２６側に凹んで設定されている。また、図７に示すように、放射状サブフィン５０６は、軸方向通風路５０９の開口面積を冷却風の流れに沿って減少させるように、側面を傾斜させている。上述した放射状サブフィン５０６および円弧状サブフィン５０７は、アルミダイカストによって形成された正極側放熱フィン５０１に一体成形されている。
【００２３】
負極側放熱フィン５０３は、ほぼ平板状に形成されており、６箇所の圧入孔のそれぞれに負極側整流素子５０４が打ち込み固定されている。また、負極側放熱フィン５０３の表面（リアフレーム３ｂと反対側の面）には部分的に放射状の凸部５２０が形成されており、正極側放熱フィン５０１に設けられた軸方向通風路５０９を通った冷却風がこれらの凸部５２０に沿って流れるようになっている。同様に、負極側放熱フィン５０３の裏面には部分的に放射状の凸部５２２が形成されている。
【００２４】
このように、本実施形態の整流装置５の正極側放熱フィン５０１では、正極側整流素子５０２を固定する固定部５０５の周囲に放射状サブフィン５０６と円弧状サブフィン５０７を形成することにより、回転子２の冷却ファン２６によって軸方向開口部８０１から取り込まれた冷却風が軸方向通風路５０９を通過して吸気口８０３に導かれる際の通風抵抗を低減して風量を確保しつつ、発熱部に近い固定部５０５に直接冷却風をあてて放熱させることにより、冷却性を向上させることができる。また、正極側放熱フィン５０１を、平板状ではなく冷却風の流れに沿って所定の長さを確保することにより、放射状サブフィン５０６や円弧状サブフィン５０７の表面積を増大させて放熱面積を増やすことができ、冷却性を向上させることができる。さらに、固定部５０５の近傍に形成された開口部を横切るように円弧状サブフィン５０７が補強部材として用いられているため正極側放熱フィン５０１およびこれを用いた整流装置５の耐振性を向上させることが可能になる。
【００２５】
また、軸方向通風路５０９の開口部を形成する放射状サブフィン５０６の側面を傾斜させて、吸入される冷却風の流れに沿って開口面積を減少させることにより、開口部の内壁面の面積を広げることができ、放熱面積の拡大による冷却性の向上を図ることが可能になる。また、冷却風が開口部内を通過する際に次第に開口面積が減少するため、冷却風の流速が次第に増し、開口部の内壁面からの放熱効率を上げることができる。
【００２６】
また、正極側整流素子５０２の中心軸に対して同心円状に円弧状サブフィン５０７を形成することにより、隣接する２つの放射状サブフィン５０６の間を連結して耐振性向上を図ることができるとともに、軸方向通風路５０９内に円弧状サブフィン５０７が配置されることにより放熱面積の増大による冷却性向上が可能になる。
【００２７】
また、回転子２の回転軸２１を基準にして、正極側整流素子５０２の固定位置よりも外径側に円弧状サブフィン５０７を形成することにより、内径側に形成した場合に比べて、放熱面積を広くすることが可能になる。
さらに、円弧状サブフィン５０７の軸方向長さ（回転子２の回転軸２１方向に沿った長さ）が放射状サブフィン５０６の軸方向長さよりも短く設定され、しかも、円弧状サブフィン５０７の冷却風の吸入側端部が放射状サブフィン５０６の吸入側端部よりも冷却ファン２６側に形成されているため、冷却風の吸入側の開口面積を減らすことなく円弧状サブフィン５０７を形成することが可能になり、冷却性および耐振性を向上させることができる。
【００２８】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々の変形実施が可能である。例えば、上述した実施形態では、正極側放熱フィン５０１のみに放射状サブフィン５０６や円弧状サブフィン５０７を形成し、負極側放熱フィン５０３は表面に部分的な凸部５２０が形成されたほぼ平板形状としたが、正極側放熱フィン５０１と同様に負極側放熱フィン５０３側も放射状サブフィン５０６や円弧状サブフィン５０７を備える構造としてもよい。これにより、冷却風が整流装置５を通過する際の通風抵抗をさらに低減することができる。
【００２９】
また、上述した実施形態では、リアフレーム３ｂに近い側に負極側放熱フィン５０３を配置したが、反対にリアフレーム３ｂに近い側に正極側放熱フィンを配置するようにしてもよい。この場合には、冷却風の流れに沿って上流側に配置される負極側放熱フィンを図５および図６に示した構造とすればよい。あるいは、正極側放熱フィン５０１と負極側放熱フィン５０３を回転軸２１方向に重ねて配置するのではなく、並べて配置するようにしてもよい。この場合には、両方の放熱フィンが放射状サブフィン５０６や円弧状サブフィン５０７を備えるようにすればよい。
【００３０】
また、上述した実施形態では、２組の三相全波整流回路を形成する整流装置５を示したが、一般的な一組の三相全波整流回路が含まれる整流装置や、３組以上の三相全波整流回路が含まれる整流装置に本発明を適用して同様の効果を得ることができる。
【００３１】
また、上述した実施形態では、樹脂製の保護カバー８を用いたが、金属製の保護カバーを用いてもよい。このとき、カバー自身が放熱フィンとなって整流装置５からの伝熱を促進させて、冷却性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】一実施形態の車両用交流発電機の断面図である。
【図２】整流装置の平面図である。
【図３】整流装置の断面構造を示す車両用交流発電機の部分断面図である。
【図４】整流装置に含まれる正極側放熱フィンの平面図である。
【図５】正極側放熱フィンの底面図である。
【図６】図４のＶＩ−ＶＩ拡大断面図である。
【図７】図４のＶＩＩ−ＶＩＩ線拡大断面図である。
【図８】整流装置に含まれる負極側放熱フィンの平面図である。
【図９】負極側放熱フィンの底面図である。
【図１０】正極側放熱フィンと負極側放熱フィンとを重ねた状態を示す斜視図である。
【符号の説明】
１車両用交流発電機
２回転子
３ａフロントフレーム
３ｂリアフレーム
４固定子
５整流装置
８保護カバー
９レギュレータ
５００ボルト
５０１正極側放熱フィン
５０２正極側整流素子
５０３負極側放熱フィン
５０４負極側整流素子
５０５固定部
５０６放射状サブフィン
５０７円弧状サブフィン
５０８外周端部
５０９軸方向通風路
５１０、５１２リード部
５１３端子台
５１４導電部材

Claims

回転子と、前記回転子と対向配置された固定子と、前記回転子と前記固定子とを支持するフレームと、前記フレームに固定されて整流素子の冷却と電気的接続を行う放熱フィンを有する整流装置と、前記整流装置を経由して前記回転子側に冷却風を吸入する冷却風発生装置とを備える車両用交流発電機において、
前記放熱フィンは、前記整流素子が固定される固定部と、前記固定部から放射状に延伸する第１のサブフィンと、前記固定部と前記第１のサブフィンと前記放熱フィンの外周端部とで包囲された開口部を分割し、かつ、隣接する前記第１のサブフィンを連結する第２のサブフィンとを備えることを特徴とする車両用交流発電機。
請求項１において、
前記開口部を形成する少なくとも一の側面は、吸入される冷却風の流れに沿って開口面積を減少させるように傾斜していることを特徴とする車両用交流発電機。
請求項１または２において、
前記第２のサブフィンは、前記整流素子の中心軸に対して同心円状の円弧形状を有していることを特徴とする車両用交流発電機。
請求項１〜３のいずれかにおいて、
前記第２のサブフィンは、前記回転子の回転軸を基準にして、前記整流素子の固定位置よりも外径側に形成されていることを特徴とする車両用交流発電機。
請求項１〜４のいずれかにおいて、
前記第２のサブフィンは、前記回転子の回転軸方向に沿った長さが前記第１のサブフィンの前記回転軸方向に沿った長さよりも短く、かつ、冷却風の吸入側端部が前記第１のサブフィンの吸入側端部よりも前記冷却風発生装置側に形成されていることを特徴とする車両用交流発電機。
請求項１〜５のいずれかにおいて、
前記放熱フィンは、互いに前記回転子の回転軸方向に重ねて配置される正極側および負極側の２種類の放熱フィンを含んでおり、
少なくとも冷却風の流れに沿った上流側に配置された前記放熱フィンについて前記第１および第２のサブフィンが備わっていることを特徴とする車両用交流発電機。