JP3770200B2 - 車両用交流発電機 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両に搭載された電気的負荷の駆動用電力及び蓄電池の充電用電力を発生する車両用交流発電機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の車両用交流発電機は、例えば特開２０００−２７０５１８号公報に記載されているように、外気以外の冷却媒体、例えば冷却水を機体内部に循環させ、主発熱部である固定子、整流器及び電圧調整器を冷却している。特に整流器の冷却にあたっては、冷却媒体通路の開口部を塞ぐ端板の冷却媒体通路開口部との対向部位に整流器を固定して冷却している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
近年、車両用交流発電機では、自動車に搭載された電気的負荷の容量の増大などにより高出力化が要求されている。この要求を満足するためには車両用交流発電機の発熱部分、例えば整流器の冷却能力の向上が課題となる。この課題の解決手段の一つとしては、従来の車両用交流発電機のように、冷却媒体通路の開口部を塞ぐ端板の冷却媒体通路開口部との対向部位に整流器を固定して冷却することが有効である。しかし、整流器の冷却性能のさらなる向上を要求されているのが現状である。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、整流器の冷却性能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ものである。
【０００５】
このため、本発明の代表的な一つのものは、整流器を構成する負極側整流素子を、周方向にわたって形成された冷却媒体通路の開口端を気密に閉蓋する端板の冷却媒体通路との非対向部位に形成された貫通孔に固定し、前記整流器を構成する正極側整流素子が固定された冷却部材を、正極側整流素子が負極側整流素子の固定位置に比べて温度の低い位置に配置されるように、端板に絶縁して固定している。
【０００６】
ここで、負極側整流素子の固定位置に比べて温度の低い位置とは、負極側整流素子と比較して半径方向外側で、冷却媒体通路に近い位置を意味する。或いは冷却媒体通路と対向する位置を意味する。
【０００７】
本発明の代表的な一つのものによれば、冷却媒体に直接接触すると共に、冷却媒体通路を構成する端板を介して負極側整流素子が冷却される。一方、正極側整流素子は、正極側整流素子を固定する冷却部材及び端板を介して冷却される。この際、正極側整流素子を固定する冷却部材が、正極整流素子が負極側整流素子の固定位置に比べて温度の低い位置に配置されるように、端板に絶縁されて固定されているので、正極側整流素子は負極側整流素子と同様の冷却効果をもって冷却される。このように、本発明の代表的な一つのものによれば、負極側整流素子及び正極側整流素子をバランスよく冷却することができ、整流器の冷却効率を向上させることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１実施例である車両用交流発電機を図１乃至図７に基づいて説明する。図１は本実施例の車両用交流発電機の全体構成を示す。図２は、本実施例の車両交流発電機の回転軸一方端側の構成を示す。図３は、本実施例の車両用交流発電機の冷却媒体通路の構成部品である枠体の構成を示す。図４は、本実施例の車両用交流発電機の冷却媒体通路の構成部品であり、かつ本実施例の車両用交流発電機に適用される整流器の負極側冷却部材を兼ねる端板の構成を示す。図５は、本実施例の車両用交流発電機に適用される整流器の正極側冷却部材の構成を示す。図６は、本実施例の車両用交流発電機に適用される整流器の端子台の構成を示す。
【００１１】
本実施例の車両用交流発電機は、界磁電流の供給を受けながら、自動車の内燃機関であるエンジンの回転駆動力を受けて回転子を回転させて固定子に交流電力を発生させ、発生した交流電力を整流器で整流して直流電力（自動車に搭載された電気的負荷の駆動用電力及び蓄電池の充電用電力）を得る。また、本実施例の車両用交流発電機は、冷却水を機内循環させて発熱体、例えば固定子，整流器などを冷却する。いわゆる水冷方式の同期発電機であり、オルタネータ或いは車両用充電発電機と呼ばれる場合もある。冷却水は、自動車のエンジンを冷却すると共に、エンジンに付属のラジェータによって冷却される冷却水の一部を分岐して用いる。
【００１２】
図において１は、車両用交流発電機（以下、単に「発電機」と呼ぶ）のハウジングを構成するフレーム（或いは枠体という）である。フレーム１は、その中心軸の軸線方向一方端が開口（開放）した器状の収納体であり、ほぼ円筒状の周壁１ａ及びこの周壁１ａの一方端（フレーム１の中心軸の軸線方向他方端）を塞ぐ側壁１ｂから構成されている。周壁１ａの内部には、側壁１ｂ側（フレーム１の中心軸の軸線方向他方端側）が開口した冷却媒体通路２が形成されている。周壁１ａの外周面の一部分には、冷却媒体通路２と連通した冷却媒体供給口３及び冷却媒体排出口４が並設されている。また、周壁１ａの外周面の一部分には、発電機をエンジン或いは自動車のエンジンルーム内に搭載するための取付部７が設けられている。
【００１３】
冷却媒体通路２は、周壁１ａの中心軸の軸線方向及び周壁１ａの周方向にわたって連続するように、環状に形成されている。冷却媒体通路２の冷却媒体供給口３との連通部分（冷却媒体通路２の上流側にあたる部分）と、冷却媒体通路２の冷却媒体排出口４との連通部分（冷却媒体通路２の下流側にあたる部分）との間は仕切られている。側壁１ｂの外面の２箇所には、冷却媒体通路２の一部分が周壁１ａの一方端において径方向内側に窪むように切り欠かれて形成された切欠部２ａ，２ｂが周方向に隣接して設けられている。切欠部２ａ，２ｂは径方向内側に浅く丸みをおびた窪みである。
【００１４】
冷却媒体供給口３は自動車のエンジンの冷却系統の上流側（エンジンを冷却する前の冷却水が流れる部分）と接続されている。これにより、エンジンを冷却する冷却水の一部が分岐して発電機に供給され、冷却媒体通路２を循環して発電機を冷却する。冷却媒体排出口４は自動車のエンジンの冷却系統の下流側（エンジンを冷却し終えた冷却水が流れる部分）と接続されている。これにより、発電機を冷却し終えて発電機から排出された冷却水が、エンジンを冷却した冷却水と合流し、エンジンに付属されているラジェータ（或いは冷却器という）によって冷却される。
【００１５】
フレーム１の中心軸の軸線方向一方端には、フレーム１の中心軸の軸線方向一方端（周壁１ａの側壁１ｂ側とは反対側）に形成された開口部を閉蓋するようにエンドブラケット８（或いは端板という）が、固定手段であるボルト３６によって固定されている。エンドブラケット８は環状の部材であり、その内周側にベアリング装置１０（或いは軸受装置という）を保持している。フレーム１の中心軸の軸線方向他方端には、側壁１ｂの外面に部材を介して接するようにエンドブラケット９（端板という場合もある）が、固定手段であるボルト３７によって固定されている。エンドブラケット９は環状の部材であり、フレーム１の中心軸の軸線方向他方端側（周壁１ａの側壁１ｂ側）に形成された冷却媒体通路２の開口端を閉蓋している。
【００１６】
側壁１ｂの外面には、フレーム１の中心軸の軸線方向他方端側（周壁１ａの側壁１ｂ側）に形成された冷却媒体通路２の開口端の外側縁及び内側縁に沿って環状の溝３５が設けられている。環状の溝３５には、封止部材（或いはパッキンという）であるＯリング１２が挿入されている。Ｏリング１２は、弾性を有するゴム製であり、側壁１ｂの外面とエンドブラケット９との間を気密に封止し、冷却媒体通路２からの漏水を防止する。
【００１７】
側壁１ｂの外面とエンドブラケット９との間に設けられた部材は、空気よりも熱伝導率の良いシリコン樹脂（或いは珪素樹脂という）である。尚、本実施例では、側壁１ｂの外面とエンドブラケット９との間にシリコン樹脂を設けた例について説明したが、シリコン樹脂と同様に熱伝導性を有するものであれば、シリコン樹脂以外のものを用いても構わない。
【００１８】
側壁１ｂの中央部分（フレーム１の中心軸近傍）はエンドブラケット９の内周側からエンドブラケット８側とは反対側に向かって突出している。側壁１ｂの突出部分の先端内周側にはベアリング装置１１（或いは軸受装置という）が保持されている。
【００１９】
周壁１ａの内周面には、ステータコア５（或いは固定子鉄心という）及びステータコイル６（或いは固定子巻線という）を有する固定子が固定されている。ステータコア５は円筒状の磁性部材であり、その内周部に複数のスロットが形成されている。ステータコイル６は、ｕ相，ｖ相，ｗ相の３相を構成する各相のコイルがステータコア５の対応するスロットに挿入され、スター方式で結線されている。
【００２０】
ステータコア５の内周側には、空隙を介してステータコア５と対向するポールコア１４（或いは回転子鉄心という）が回転可能に設けられている。ポールコア１４は、周方向に複数の爪部を有する一対の爪形状のコアが回転軸の軸線方向に対向して一方のコアの爪部と他方のコアの爪部が周方向（回転子の回転方向）に交互に配置されるように、シャフト１３（或いは回転軸という）に固定されている。シャフト１３はフレーム１の中心軸の軸線方向に延びている。シャフト１３の一方端（エンドブラケット８側）はベアリング装置１０よって回転可能に支持されている。シャフト１３の他方端（エンドブラケット９側）がベアリング装置１１によってれ回転可能に支持されている。
【００２１】
ポールコア１４の一方のコアの爪部とポールコア１４の他方のコアの爪部との間には、コバルト，ネオジウム，ボロンなどの希土類系の材料から形成された永久磁石２２が固定されている。ポールコア１４の爪部の内周面と対向する部分には、ボビンに巻かれた界磁コイル１５（或いは回転子巻線という）が設けられている（或いは当該部分に界磁コイル１５が直接巻かれる場合もある）。界磁コイル１５には絶縁処理が施されている。
【００２２】
シャフト１３の一方端はベアリング装置１０よりも外側に延びており、その先端にプーリ２１（或いはベルト円板という）が、固定手段であるボルト３８によって固定されている。プーリ２１は、駆動力伝達手段であるチェーン或いはベルトを介して自動車のエンジンのクランク軸に設けられたプーリと機械的に連結されており、エンジンの回転駆動力が伝達される。
【００２３】
シャフト１３の他方端でベアリング装置１１よりも内側の部分にはスリップリング１６（或いは集電環という）が固定されている。スリップリング１６は導電性の環状部材であり、リード線１７を介して界磁コイル１５と電気的に接続されている。スリップリング１６にはブラシ１８が摺動接触しており、ブラシ１８を介して電力（界磁電流）が供給されている。ブラシ１８は、エンドブラケット９のエンドブラケット８側とは反対側の面に固定されたブラシホルダ１９によって保持されている。ブラシホルダ１９内には、弾性体であるバネ２０が設けられている。バネ２０は、ブラシ１８がスリップリング１６に摺動接触するように、ブラシ１８を押圧している。
【００２４】
切欠部２ａ，２ｂの周方向端部間の周壁１ｂ部分，切欠部２ａの切欠部２ｂ側とは反対側の周方向端部側の周壁１ｂ部分及び切欠部２ｂの切欠部２ａ側とは反対側の周方向端部側の周壁１ｂ部分には貫通孔３９が円弧形状に配列されるように形成されている。貫通孔３９は、ステータコイル６の各相コイルに電気的に接続された端子４０を側壁１ｂからエンドブラケット９側に突出させるために設けられたものである。周壁１ｂの貫通孔３９よりも径方向内側には、ボルト４１がエンドブラケット９側に突出するように埋設されている。フレーム１の外周側の６箇所には、ボルト３７が螺合されるネジ孔４２が形成されている。ネジ孔４２は貫通孔で形成されている。
【００２５】
エンドブラケット９のエンドブラケット８側とは反対側の面には整流器２３及びレギュレータ２４（或いは電圧調整器という）が固定されている。整流器２３はレクティファイヤとも呼ばれ、ステータコイル６の出力である３相交流を全波整流して直流の出力を得るものである。レギュレータ２４は、ブラシ１８を介して界磁コイル１５に流れる界磁電流を制御し、ステータコイル６から出力される３相交流を調整するものである。
【００２６】
エンドブラケット９のエンドブラケット８側とは反対側（整流器２３，レギュレータ２４及びブラシホルダ１９が固定された側）はカバー２５（或いは覆い部材という）によって覆われている。カバー２５には、径方向外側に延びるフランジ２５ａが設けられている。フランジ２５ａのネジ孔４２に対応する部位には貫通孔２５ｂが形成されてる。
【００２７】
カバー２５からは端子２６が外部に露出している。端子２６は整流器２３に電気的に接続されている。端子２６には、整流器２３によって整流されて直流の出力を外部、すなわち車両側（バッテリや電気的負荷など）に供給するために、車両側配線の端子（図示省略）が電気的に接続されている。尚、図２の斜線部分は冷却媒体通路２及び切欠部２ａ，２ｂを示す。
【００２８】
整流器２３は、負極側冷却板を兼ねるエンドブラケット９，絶縁部材２７，正極側冷却板２８及び端子台２９の順に積層された積層体で構成されている。エンドブラケット９は板状部材であり、フレーム１及びエンドブラケット８と同様にアルミニウム製のものである。前述のようにエンドブラケット９は側壁１ｂの外面にシリコン樹脂を介して固定されている。エンドブラケット９のネジ孔４２に対応する部位（エンドブラケット９の外周側の６箇所）には、ボルト３７を貫通させる貫通孔４３が形成されている。貫通孔２５ｂ，４３にボルト３７を挿入してネジ孔４２に螺合することにより、カバー２５及びエンドブラケット９をフレーム１に固定することができる。
【００２９】
エンドブラケット９の貫通孔３９に対応する部位には貫通孔３４が形成されている。貫通孔３４は、側壁１ｂ側からエンドブラケット９側に突出する端子４０を貫通させている。エンドブラケット９の貫通孔３４よりも径方向内側で、ボルト４１の埋設位置に対向する部位には貫通孔４４が形成されている。貫通孔４４はボルト４１を貫通させている。エンドブラケット９の貫通孔３４よりも径方向内側で、切欠部２ａに対応する部位よりも径方向内側の部位には貫通孔３０が２つ形成されている。エンドブラケット９の貫通孔３４よりも径方向内側で、切欠部２ｂに対応する部位よりも径方向内側の部位には貫通孔３０が１つ形成されている。
【００３０】
貫通孔３０の３つは、エンドブラケット９の冷却媒体通路２との非対向部位に円弧形状をなすように配列されている。貫通孔３０のそれぞれには、負極側整流素子である整流ダイオード３１のアノード側（負極側）が圧入され、埋設されている。整流ダイオード３１のそれぞれの底面は、側壁１ｂの外面とエンドブラケット９との間に設けられたシリコン樹脂を介して側壁１ｂの外面と接している。エンドブラケット９の貫通孔３４よりも径方向外側の部分で、貫通孔３４，４４のほぼ中間部位にはネジ孔４５が形成されている。
【００３１】
尚、本実施例では、エンドブラケット９の冷却媒体通路２に比較的近い部位に整流ダイオード３１が埋設されている。しかし、側壁１ｂの外面とエンドブラケット９との間に設けられた絶縁部材及びＯリング１２によって冷却媒体通路２からの冷却媒体の漏洩が防止されているので、整流ダイオード３１が直接冷却媒体に触れることはない。
【００３２】
正極側冷却板２８は円弧形状（或いは馬蹄形状）の冷却フィンであり、エンドブラケット９と同様にアルミニウム製の部材から形成されたものである。正極側冷却板２８は、その内径がエンドブラケット９の貫通孔３０よりも径方向外側の部分に位置するように、絶縁部材２７を介してエンドブラケット９のエンドブラケット８側とは反対側の面に固定されている。正極側冷却板２８の貫通孔４４との対向部位には貫通孔４７が形成されている。貫通孔４７はボルト４１を貫通させている。
【００３３】
正極側冷却板２８の貫通孔４７よりも径方向外側で、正極側冷却板２８の貫通孔３４との対向部位には貫通孔４６が形成されている。貫通孔４６は、側壁１ｂ側からエンドブラケット９側に突出する端子４０を貫通させている。正極側冷却板２８の貫通孔４７よりも径方向外側で、正極側冷却板２８のネジ孔４５との対向部位には貫通孔４８が形成されている。貫通孔４８はネジ５１を貫通させている。正極側冷却板２８の貫通孔４７よりも径方向外側で、正極側冷却板２８の切欠部２ａとの対向部位には貫通孔３３が２つ形成されている。正極側冷却板２８の貫通孔４７よりも径方向外側で、正極側冷却板２８の切欠部２ｂとの対向部位には貫通孔３３が１つ形成されている。
【００３４】
貫通孔３３，４６，４８は正極側冷却板２８に円弧形状をなすように、かつ貫通孔３３が正極側冷却板２８の冷却媒体通路２との対向部位に配置するように配列されている。貫通孔３３のそれぞれには、正極側整流素子である整流ダイオード３２のアノード側（正極側）が圧入され、埋設されている。これにより、整流ダイオード３２は、整流ダイオード３１よりも半径方向外側で、冷却媒体通路２に近い位置、とりわけ本実施例では、冷却媒体通路２と対向する位置に配置される。この位置は、整流ダイオード３１の埋設位置（固定位置）に比べて温度の低い位置である。
【００３５】
整流ダイオード３２のそれぞれの底面は絶縁部材２７を介してエンドブラケット９のエンドブラケット８側とは反対側の面と接している。絶縁部材２７は、正極側冷却板２８の形状に沿って円弧形状（或いは馬蹄形状）に形成されたシート状の部材であり、その面積が正極側冷却板２８よりも若干大きい。絶縁部材２７のエンドブラケット９との対向面及び正極側冷却板２８との対向面にはペースト状のシリコンパウンドが塗布されている。これにより、絶縁部材２７は熱伝導性を有する。
【００３６】
端子台２９は、整流ダイオード３１，３２をブリッジ接続する金具５６（或いは導電性部材ともいう）を絶縁性の樹脂によって一体成形した接続部材（或いはターミナルアッセンブリともいう）であり、正極側冷却板２８の形状に沿って円弧形状（或いは馬蹄形状）に形成された板状の部材である。尚、図２，図６の点線は金具５６を示す。金具５６はターミナル４９，５０，５２（或いは端子ともいう）を有している。ターミナル５０には整流ダイオード３１のカソード側（負極側）が溶接或いは半田付けによって電気的，機械的に接続されている。ターミナル５２には整流ダイオード３２のアノード側（正極側）が溶接或いは半田付けによって電気的，機械的に接続されている。ターミナル４９には、ステータコイル６の各相のコイルに接続された端子４０が加締められていると共に、溶接或いは半田付けによって電気的，機械的に接続されている。
【００３７】
端子台２９の貫通孔４７との対向部位には貫通孔５３が形成されている。貫通孔５３はボルト４１を貫通させている。ボルト４１にエンドブラケット９，正極側冷却板２８，端子台２９の順でそれら各部材を挿通し、ナット５７を用いて締め付けることにより、整流器２３をエンドブラケット９に固定し、これと同時にエンドブラケット９をフレーム１に固定している。端子台２９の貫通孔４８との対向部位には貫通孔５４が形成されている。貫通孔５４はネジ５１を貫通させている。エンドブラケット９に正極側冷却板２８，端子台２９の順でそれらの各部材を積層し、ネジ５１を貫通孔５４，４８及びネジ孔４５に挿入して締め付けることにより、正極側冷却板２８，端子台２９をエンドブラケット９に固定している。端子台２９の周方向一端部には端子５８が設けられている。端子５８は、整流器２３とレギュレータ２４との電気的な接続うを担うものであり、金具５６の１つからレギュレータ２４側に延び、ネジ５９によってレギュレータ２４に固定されている。
【００３８】
以上説明した本実施例によれば、冷却媒体通路２を構成するエンドブラケット９に整流ダイオード３１を埋設しているので、従来のように冷却板を介して整流ダイオード３１を冷却していたものと比べ、整流ダイオード３１から冷却媒体までに至る熱伝達経路の熱抵抗を低減することができ、整流ダイオード３１の冷却性能を向上させることができる。また、負極側冷却板の役目をエンドブラケット９に兼用させ、従来のように冷却板を設けないので、発電機のコストを低減することができる。
【００３９】
また、本実施例によれば、整流ダイオード３２が整流ダイオード３１に比べて冷却媒体通路２に近い位置、すなわち整流ダイオード３１の固定位置よりも温度が低い位置、とりわけ本実施例では冷却媒体通路２と対向する位置に配置されるように、正極側冷却板２８をエンドブラケット９のエンドブラケット８側とは反対側の面に絶縁部材２７を介して固定しているので、従来のように負極側冷却板を介して整流ダイオード３２を冷却していたものと比べ、整流ダイオード３２から冷却媒体までに至る熱伝達経路を短く構成して整流ダイオード３２の冷却効率を向上させることができる。これにより、整流ダイオード３２の冷却性能を向上させることができる。しかも、整流ダイオード３２の配置位置が整流ダイオード３１の配置位置よりも温度が低い位置なので、さらに整流ダイオード３２の冷却性能を向上させることができ、整流ダイオード３１と同様の冷却効果を得ることができる。
【００４０】
従って、本実施例によれば、整流ダイオード３１，３２の各々の冷却性能を向上させることができると共に、整流ダイオード３１と整流ダイオード３２とをバランスよく冷却して整流器２３の冷却効率を向上させることができるので、整流器２３の冷却性能を向上させることができる。
【００４１】
また、本実施例によれば、エンドブラケット９に設けられた貫通孔３０に整流ダイオード３１を埋設し、整流ダイオード３１の底面を側壁１ｂに空気よりも熱伝導率の良いシリコン樹脂を介して接触させているので、整流ダイオード３１の発熱の熱伝達をさらに促進でき、整流ダイオード３１の冷却性能をさらに向上させることができる。
【００４２】
また、本実施例によれば、エンドブラケット９の整流ダイオード３１の埋設する孔を貫通孔３０としているので、発電機の製造が容易になり、発電機の製造コストを低減することができる。すなわち本実施例では、整流ダイオード３１の埋設位置をエンドブラケット９の側壁１ｂとの対向部分、つまり冷却媒体通路２とは対向しない部分に設けている。
【００４３】
従来のように、整流器が冷却媒体通路と対向するように、冷却媒体通路を構成する部材に整流器を設ける場合、冷却媒体通路と対向する部分に貫通孔を設けると、冷却媒体の漏洩防止のために、整流ダイオードの圧入後、シール材などを塗布する必要がある。このような考え方では、発電機の製造工程や構成部品が増えて発電機のコストを上げてしまう。一方、冷却媒体の漏洩防止のために、整流ダイオードの埋設孔を凹部状のものとすると、凹部の深さ、開口部の径、凹部底面角の形状の管理が難しくなると共に、半田や接着剤で整流ダイオードの底面を凹部底面に固定する必要がある。このような考え方でも、発電機の製造工程や構成部品が増えて発電機のコストを上げてしまう。しかし、本実施例のように、エンドブラケット９の冷却媒体通路２との非対向部位に貫通孔３０を設け、これに整流ダイオードを圧入して埋設するようにすれば、上記のような課題が生じるようなことはない。
【００４４】
また、本実施例によれば、冷却媒体通路２の一部分が周壁１ａの一方端において径方向内側に窪むように切り欠いて形成した切欠部２ａ，２ｂを側壁１ｂの外面の２箇所に周方向に隣接するように設けると共に、エンドブラケット９の切欠部２ａ，２ｂと対向する部位に整流ダイオード３２が配置されるように、正極側冷却板２８をエンドブラケット９のエンドブラケット８側とは反対側の面に固定しているので、冷却媒体通路２を周壁１ａの一方端で複雑に這いまわらせる必要がない。これにより、通路抵抗を上昇させ、冷却媒体が冷却媒体通路２を循環し難くし、発電機の冷却効率を低下させるようなことはない。
【００４５】
次に、本発明の第２実施例を図７乃至図１１に基づいて説明する。図７は本実施例の車両用交流発電機の全体構成を示す。図８は本実施例の車両用交流発電機の回転軸一方端側の構成を示す。図９乃至図１１は、本実施例の車両用交流発電機の回転数に対する騒音レベルの関係を示す。
【００４６】
尚、前例と同様の部分には同一符号を付してその説明を省略する。以下、前例と異なる部分についてのみ説明する。
【００４７】
本実施例の発電機は、ポールコア１４のエンドブラケット９側の端部に冷却ファン６０を溶接によって固着している。冷却ファン６０は鉄板をプレスなどで塑性変形させて成形した成形品である。カバー２５の周壁２５ａの３箇所には、カバー２５の内部と外部とを連通してカバー２５の外部から内部に冷却風を取り込む取込孔６１（或いは外気導入孔という）が形成されている。取込孔６１は整流器２３の近傍で、整流器２３の配置位置よりも径方向外側に位置し、円弧形状の整流器２３の外径側に沿うように開口している。
【００４８】
エンドブラケット９の整流器２３よりも径方向内側の部位の３箇所には通風孔６２が形成されている。通風孔６２は貫通孔である。側壁１ｂの通風孔６２と対向する部位には通風孔６３が形成されている。通風孔６３は貫通孔であり、通風孔６２と連通している。通風孔６２，６３は、円弧形状の整流器２３の内径側に沿って円弧をなすように配列されている。通風孔６２，６３のうち配列中央に位置する通風孔６２，６３の開口面積は、配列両端部に位置する通風孔６２，６３の開口面積よりも大きい。エンドブラケット９とカバー２５との間の空間と、側壁１ｂとエンドブラケット８によって閉塞され、ポールコア１４やステータコア５が収容された空間は通風孔６２，６３によって連通する。
【００４９】
エンドブラケット８の１箇所には排出孔６４が形成されている。排出孔６４は貫通孔であり、取込孔６１と通風面積がほぼ同じになっている。側壁１ｂとエンドブラケット８によって閉塞され、ステータコア５やポールコア１４が収容された空間と外部は排出孔６４によって連通する。
【００５０】
このように構成された本実施例の発電機では、ポールコア１４の回転に伴って冷却ファン６０が回転すると、冷却風である外気が取込孔６１を介してエンドブラケット９とカバー２５との間の空間に導入される。導入された冷却風は、整流器２３の近傍を通り整流器２３を冷却する。冷却後、冷却風は、側壁１ｂとエンドブラケット８によって閉塞され、ステータコア５やポールコア１４が収容された空間に通風孔６２，６３を介して導入される。導入された冷却風は、ステータコア５やポールコア１４を冷却する。冷却後、冷却風は排出孔６４を介して外部に排出される。尚、図７，図８中の矢印は冷却風の流れを示す。
【００５１】
また、本実施例の発電機では、冷却媒体通路２を循環する冷却媒体（例えば冷却水）によってステータコア５，整流器２３及びレギュレータ２４などが冷却される。
【００５２】
また、前例では、レギュレータ２４をブラシホルダ１８のエンドブラケット９側とは反対側に固定したが、本実施例では、エンドブラケット９のブラシホルダ１８側の面に固定している。このように構成することにより、レギュレータ２４の発熱をエンドブラケット９に熱伝導させ、冷却媒体通路２を流れる冷却媒体に熱伝導することができる。
【００５３】
また、本実施例の発電機では、整流器２３の端子台２９と正極側冷却板２８との間に間隔を設け、冷却風がその間隔を通るようにしている。このように構成することにより、冷却風を正極側冷却板２８の冷却面積の大きな部分の表面を十分に冷却することができ、エンドブラケット９とカバー２５との間の空間内で最も発熱量の大きな整流器２３を効率良く冷却することができる。
【００５４】
また、本実施例の発電機では、整流器２３を直接冷却しながらエンドブラケット９とカバー２５との間の空間内を換気しているので、ブラシ１８やスリップリング１６も冷却することができる。
【００５５】
また、冷却ファン６０は、発電機を構成する可動部品、例えばポールコア１４に設けられた界磁コイル１５，スリップリング１６の冷却と、整流器２３の補助的な冷却を主目的としている。このため、外気のみで冷却する方式の発電機に比べて、冷却ファン６０の設置数，羽根高さ及び羽根枚数などを減らすことが可能になる。
【００５６】
次に、本実施例の発電機の回転数に対する騒音レベルの関係を図９乃至図１１に基づいて説明する。本願発明者らは、冷却ファン６０が発生する騒音について測定試験を行った。測定実験では、冷却ファン６０を有する発電機と、冷却ファンを持たない発電機とを用意し、無負荷運転を行った。
【００５７】
図９は、測定用のマイクロフォンを発電機のカバー２５から回転軸の軸線方向に１〔ｍ〕離れた場所に設置し、発電機の回転数〔ｒ／min 〕（横軸）に対する騒音レベル〔ｄＢａ〕（縦軸）を測定した。この結果、当該場所では、騒音レベルが冷却ファンの有無に関係なくほぼ同等であった。
【００５８】
図１０は、測定用のマイクロフォンを発電機の回転軸の軸線方向に対して主意直な方向で、１〔ｍ〕離れた場所に設置し、発電機の回転数〔ｒ／min〕(横軸）に対する騒音レベル〔ｄＢａ〕（縦軸）を測定した。この結果、当該場所では、騒音レベルが冷却ファンの有無に関係なくほぼ同等であった。
【００５９】
図１１は、測定用のマイクロフォンを発電機のエンドブラケット８から回転軸の軸線方向に１〔ｍ〕離れた場所に設置し、発電機の回転数〔ｒ／min〕(横軸）に対する騒音レベル〔ｄＢａ〕（縦軸）を測定した。この結果、当該場所では、発電機の回転数が約１２０００〔ｒ／min 〕以下の場合、騒音レベルが冷却ファンの有無に関係なくほぼ同等であった。
【００６０】
発電機の回転数が約１２０００〔ｒ／min 〕を境にそれ以上になると、当該場所では、冷却ファン有りの方が若干ではあるが騒音レベルが高くなる。しかしながら、自動車の内燃機関であるエンジンに発電機が搭載された場合、エンジンのクランクシャフト回転数と発電機の回転数との比は１：１.５ 〜３程度に設定されているので、発電機が１２０００〔ｒ／min 〕で回転している場合、エンジンは４０００〜８０００〔ｒ／min 〕で回転する。従って、発電機の騒音レベルよりもエンジンの騒音レベルが過大になり、図１１に示す騒音レベルの差は問題にならない。
【００６１】
以上説明した本実施例によれば、冷却媒体通路２を構成するエンドブラケット９に整流器２３を固定しているので、整流器２３のエンドブラケット９側を冷却することができる。また、カバー２５に形成された取込孔６１を介して冷却風をエンドブラケット９とカバー２５との間の空間に導いているので、整流器２３のエンドブラケット９側とは反対側を冷却することができる。従って、本実施例によれば、整流器２３を両側から冷却することができ、整流器２３の冷却効率を向上させることができる。これにより、整流器２３の冷却性能を向上させることができる。
【００６２】
また、本実施例によれば、取込孔６１を整流器２３の近傍に設け、冷却風の導入面積を整流器２３の近傍のみに絞っているので、冷却風の流速を高め、整流器２３の冷却性能をさらに向上させることができる。また、冷却風を積極的に整流器２３に流すことができるので、整流器２３の冷却性能をさらに向上させることができる。
【００６３】
また、本実施例によれば、冷却風の導入面積を絞っているので、開放型の発電機であるにもかかわらず、水，凍結防止用に地面に散布された塩，融雪材などの腐食促進物質の機内への侵入を抑制することができ、耐環境性を向上させることができる。
【００６４】
また、車両燃費向上の１つの方法である高電圧化（４２Ｖ）に対して、高電圧化による腐食の促進を防止するために、外気以外の冷却媒体で冷却される発電機を採用して耐環境性を向上させることが考えられる。この発電機において耐環境性の向上を図りつつ耐熱性をさらに向上させるためには、本実施例のように、冷却風の導入面積を絞って冷却風を機内に導入することが有効である。
【００６５】
また、本実施例では、冷却ファン６０をポールコア１４のエンドブラケット９側端部に取り付けているので、冷却ファン６０によって生じる騒音を低く抑えることができる。すなわち冷却ファン６０と外部との間に、エンドブラケット９とカバー２５との間の空間が存在し、さらには冷却風の導入面積が制限されているので、冷却ファン６０によって生じる騒音を低く抑えることができる。一方、エンドブラケット８側は、ステータコア５とポールコア１４との間の磁気的空隙が通常１mm以下と非常に小さく、かつポールコア１４が遮蔽部材の役目を果たしている。従って、エンドブラケット８側においても冷却ファン６０の騒音を低く抑えることができる。
【００６６】
また、本実施例によれば、冷却ファン６０の騒音を低減が可能であるので、冷却ファン６０を樹脂成形ではなく、金属の塑性変形によって安価に製作することができる。また、樹脂に比べて熱伝導率の良い金属製の冷却ファン６０では、界磁コイル１５の発熱をポールコア１４を介して冷却ファン６０に熱伝達して放熱することができる。すなわち冷却ファン６０を冷却フィンとして活用することができる。
【００６７】
また、本実施例によれば、通風孔６２，６３を整流器２３の近傍に形成しているので、エンドブラケット９とカバー２５との間の空間の中における冷却風の流れをスムースなものにすることができる。これにより、整流器２３の冷却効率のみならず、エンドブラケット９とカバー２５との間の空間の冷却効率を上げることができるので、ブラシ１８やスリップリング１６の冷却性能を向上させることができる。
【００６８】
また、本実施例によれば、ブラシ１８やスリップリング１６の冷却性能を向上させることができるので、ブラシ１８やスリップリング１６の長寿命化を図ることができる。
【００６９】
次に、本発明の第３実施例を図１２，図１３に基づいて説明する。図１２は本実施例の車両用交流発電機の全体構成を示す。図１３は本実施例の車両用交流発電機の回転軸一方端側の構成を示す。
【００７０】
発電機の回転軸の軸線方向と、発電機が車両に搭載された場合の上下（天地）方向は、ほぼ直角関係にある。ここで、図中に示されてい矢印は発電機が車両に搭載された場合の天地方向を示す。前例では取込孔６１が地方向に開口しているので、車両走行時にタイヤなどが巻き上げる水，道路に散布されている凍結防止用の塩，融雪材などが発電機内に侵入，構成部品の腐食を促進させる可能性がある。そこで、本実施例では、発電機の回転軸の軸線方向に取付孔６１が開口するようにしている。これにより、地方向から直接、被水や腐食促進物質が浸入するのを防している。
【００７１】
尚、この場合、取込孔６１からエンドブラケット９とカバー２５との間の空間に導かれる冷却風は、１度ほぼ直角に曲がるために、冷却風の通風抵抗が増えて冷却風による整流器２３の冷却効率が低下する。しかし、本実施例の発電機に搭載される整流器２３は、冷却媒体通路２を循環する冷却媒体によって冷却されているので、整流器２３の冷却効率の低下は軽微である。
【００７２】
次に、本発明の第４実施例を図１４に基づいて説明する。図１４は本実施例の車両用交流発電機の回転軸一方端側の構成を示す。
【００７３】
本実施例は、前例と同様に、耐環境性の向上を図ったものである。本実施例では、地方向に開口する取込孔６１の数を減らすと共に、開口面積も小さくしている。このため、取込孔６１の配置位置を、温度が比較的高い整流ダイオード３２が密集している部分に対応する位置としている。本実施例では、円弧形状の整流器２３の中央部分に対応するように取込孔６１を２つ設けている。このように構成された本実施例によれば、耐環境性を向上さえることができると共に、整流器２３冷却性能を向上させることができる。
【００７４】
次に、本発明の第５実施例を図１５に基づいて説明する。図１５は本実施例の車両用交流発電機の回転軸一方端側の構成を示す。
【００７５】
本実施例は、発電機を車両に搭載したとき、天方向に取込孔６１が開口する場合の例である。本実施例では、カバー２５の取込孔６１との対向側（カバー２５の地方向側）に水抜孔６５を設けている。水抜孔６５の開口面積は取込孔６１の開口面積に比べて十分に小さい。このように構成された本実施例によれば、取込孔を介して外部から発電機内に進入した水分、結露によって発電機内部に発生した水分などを外部に排出することができる。
【００７６】
尚、水抜孔６５によって整流器２３近傍から導入される冷却風の風量や流速が変化して整流器２３の冷却性能に影響を及ぼすが、水抜孔６５の開口面積が取込孔６１の開口面積よりも小さいので、その影響は微小なものである。むしろ、発電機内部に溜まった水分を排出することによって発電機の耐蝕性を向上できることの利点の方が大きい。
【００７７】
次に、本発明の第６実施例を図１６に基づいて説明する。図１６は本実施例の車両用交流発電機の回転軸一方端側で、レギュレータ２４と車両側の配線を接続する端子２６（或いはコネクタという）周辺の外観構成を示す。
【００７８】
端子２６はカバー２５から外部に露出している。端子２６とカバー２５との間には製造上の寸法誤差によって隙間が生じる。本実施例では、端子２６とカバー２５との間の隙間を埋めて密閉するように、端子２６とカバー２５との間の隙間にシール部材６６（或いは封止部材という）を埋め込んでいる。シール部材６６はウレタンやゴムなどの柔軟性のある部材である。
【００７９】
このように構成された本実施例によれば、冷却風の導入の際、端子２６とカバー２５との間の隙間から冷却風が導入されることはなく、整流器２３の近傍に設けられた取込孔６１からのみ導入することができる。これにより、整流器２３を通る冷却風の風量及び流速を低下させることがないので、整流器２３の冷却効率を向上させることができる。また、端子２６とカバー２５との間の隙間から腐食促進物質などの侵入を防ぐことができるので、耐環境性を向上させることができる。また、出力端子などカバー２５から外部に露出するものとカバー２５との間の隙間にシール部材６６を埋め込むことにより、上記効果をさらに向上させることができる。
【００８０】
【発明の効果】
以上説明した本発明によれば、整流器の冷却効率を向上させることができるので、整流器の冷却性能を向上させることができる。従って、本発明によれば、整流器の冷却性能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ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例である車両用交流発電機の全体構成を示す断面図。
【図２】図１の車両交流発電機の回転軸一方端側の構成を示す平面図。
【図３】図１の車両用交流発電機の冷却媒体通路の構成部品である枠体の構成を示す平面図。
【図４】図１の車両用交流発電機の冷却媒体通路の構成部品であり、かつ図１の車両用交流発電機に適用される整流器の負極側冷却部材を兼ねる端板の構成を示す平面図。
【図５】図１の車両用交流発電機に適用される整流器の正極側冷却部材の構成を示す平面図。
【図６】図１の車両用交流発電機に適用される整流器の端子台の構成を示す平面図。
【図７】本発明の第２実施例である車両用交流発電機の全体構成を示す断面図。
【図８】図７の車両用交流発電機の回転軸一方端側の構成を示す平面図。
【図９】図７の車両用交流発電機の回転数に対する騒音レベルの関係を示す特性図。
【図１０】図７の車両用交流発電機の回転数に対する騒音レベルの関係を示す特性図。
【図１１】図７の車両用交流発電機の回転数に対する騒音レベルの関係を示す特性図。
【図１２】本発明の第３実施例である車両用交流発電機の全体構成を示す断面図。
【図１３】図１２は車両用交流発電機の回転軸一方端側の構成を示す平面図。
【図１４】本発明の第４実施例である車両用交流発電機の回転軸一方端側の構成を示す平面図。
【図１５】本発明の第５実施例である車両用交流発電機の回転軸一方端側の構成を示す平面図。
【図１６】本発明の第６実施例である車両用交流発電機の回転軸一方端側で、レギュレータと車両側の配線を接続する端子周辺の外観構成を示す平面図。
【符号の説明】
１…フレーム、２…冷却媒体通路、５…ステータコア、６…ステータコイル、８，９…エンドブラケット、１４…ポールコア、１５…界磁コイル、２３…整流器、２７…絶縁部材、２８…正極側冷却板、２９…端子台、３１，３２…整流ダイオード。

Claims (13)

1. 固定子巻線を有する固定子と、界磁巻線を有すると共に、前記固定子と空隙を介して対向する回転子と、前記固定子巻線によって発生した交流電力を直流電力に変換する整流器と、前記固定子を保持すると共に、周方向にわたって形成され、少なくとも一方端が開口した冷却媒体通路を有する枠体と、前記冷却媒体通路の開口端を気密に閉蓋する端板とを有し、前記整流器を構成する負極側整流素子は、前記端板の前記冷却媒体通路との非対向部位に形成された貫通孔に固定されており、前記整流器を構成する正極側整流素子が固定された冷却部材は、前記正極側整流素子が前記負極側整流素子の固定位置に比べて温度の低い位置に配置されるように、前記端板に絶縁されて固定されていることを特徴とする車両用交流発電機。
2. 請求項１において、前記整流器を覆う覆い部材を有し、該覆い部材は、前記整流器の近傍で、前記整流器の配置位置よりも径方向外側の部位に冷却風の取込孔を有することを特徴とする車両用交流発電機。
3. 請求項１又は２において、前記負極側整流素子の固定位置に比べて温度の低い位置は、前記負極側整流素子と比較して半径方向外側で、前記冷却媒体通路に近い位置であることを特徴とする車両用交流発電機。
4. 請求項１又は２において、前記負極側整流素子の固定位置に比べて温度の低い位置は、前記冷却媒体通路と対向する位置であることを特徴とする車両用交流発電機。
5. 請求項１又は２において、前記負極側整流素子は、前記端板の前記冷却媒体通路との非対向部位に埋設されていると共に、前記回転子の回転軸を回転可能に支持する軸受が保持された前記枠体の壁面に接していることを特徴とする車両用交流発電機。
6. 請求項１又は２において、前記負極側整流素子は、前記端板の前記冷却媒体通路との非対向部位に埋設されていると共に、前記回転子の回転軸を回転可能に支持する軸受が保持された前記枠体の壁面に、空気よりも熱伝導率の良い材料を介して接していることを特徴とする車両用交流発電機。
7. 請求項２において、前記取込孔は、前記回転子の回転軸の軸線方向と同じ方向に開口していることを特徴とする車両用交流発電機。
8. 請求項２において、前記覆い部材の前記取込孔との対向側には、前記取込孔の開口断面積よりも小さい開口断面積で形成された排水孔が設けられていることを特徴とする車両用交流発電機。
9. 請求項２において、前記端板と前記覆い部材との間の空間と前記固定子及び前記回転子が存在する空間とを連通すると共に、前記端板と前記覆い部材との間の空間に取り込まれた冷却風を、前記固定子及び前記回転子が存在する空間に導く通風孔が前記端板に設けられていることを特徴とする車両用交流発電機。
10. 請求項９において、前記通風孔は、前記整流器の近傍で、前記整流器の配置位置よりも径方向内側に設けられていることを特徴とする車両用交流発電機。
11. 請求項９において、前記回転子は、前記端板側にファンを有することを特徴とする車両用交流発電機。
12. 請求項２において、外部と電気的な接続が可能な端子を有し、該端子は前記覆い部材から外部に露出しており、前記端子と前記覆い部材との間に形成された隙間は封止部材によって封止されていること特徴とする車両用交流発電機。
13. 請求項２において、前記回転子の回転軸の一方端に設けられたプーリ側に配置されていると共に、前記回転子の回転軸を回転可能に支持する軸受が保持された前記枠体の側面壁に、前記固定子及び前記回転子が存在する空間に取り込まれた冷却風を外部に排出する排出孔が設けられていることを特徴とする車両用交流発電機。

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