JP3966212B2 - 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、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】
近年、車両走行抵抗の低減のためのスラントノーズ化やエンジンまわりの各種装着品の増加、および車室内居住空間確保等のニーズからエンジンルームがますます狭小化しており、車両用交流発電機の周囲温度が高くなる傾向にある。一方、快適性や安全性の向上のための各種の電気負荷の増加により、車両用交流発電機の発電能力の向上が求められ、発電機自身の発熱が増加している。以上のことから、車両用交流発電機を構成する各種部品の中でも、温度上昇が大きい整流素子が備わった整流装置の冷却性の向上を低コストで実現することが必要である。
【０００３】
車両用交流発電機の整流装置の構造としては、正極側整流素子が固定される正極側放熱フィンと負極側整流素子が固定される負極側放熱フィンとを、接続ターミナルが埋設された端子台を挟んで軸方向に積層し、さらに、負極側放熱フィンをフレームの端面に直接ビス固定したものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−２５３６２５号公報（第３−６頁、図１−１３）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した特許文献１に開示された整流装置では、負極側放熱フィンがフレームの端面に直接ビス固定されているため、大きな発熱体である固定子からフレームを介して熱伝導を受けることになるとともに、リアカバー側からの冷却風が正極側放熱フィンに遮られる構造のため冷却風が負極側放熱フィンにほとんど当たらず、負極側放熱フィンの冷却性が充分に確保できないという問題があった。
【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、固定子の交流出力を直流出力に変換する整流装置と、フレームの外側に配置された整流装置を覆うリアカバーと、外部からリアカバー、整流装置およびフレームの冷却風吸入窓を経由してフレームの内部に冷却風を吸入する冷却ファンとを備えており、整流装置は、正極側整流素子を固定する正極側放熱フィンと、負極側整流素子を固定する負極側放熱フィンと、正極側整流素子と負極側整流素子を配線する接続ターミナルを有する端子台とを備え、正極側放熱フィンおよび負極側放熱フィンは、回転子の回転軸に対して径方向に配置されているとともに、負極側放熱フィンは、フレームと正極側放熱フィンとに挟まれ、かつ、回転軸方向に正極側放熱フィンと部分的に重なって配置され、負極側放熱フィンは、内径が冷却風吸入窓の外径よりも小さくなっている。フレームの冷却風吸入窓を覆うように負極側放熱フィンを形成することにより、負極側放熱フィンの放熱面積を拡大することができるとともに、リアカバーを通して吸入された冷却風を冷却風吸入窓を覆っている負極側放熱フィンにあてることができるため、整流装置の冷却性を向上させることができる。
【０００８】
また、上述した負極側放熱フィンは、回転子の回転軸に沿って冷却風吸入窓に対応する位置に、内径側に突出した突出部を有しており、この突出部の内径を冷却風吸入窓の外径よりも小さくすることが望ましい。フレームの冷却風吸入窓に対応する部分について負極側放熱フィンを内径側に延ばして突出部を形成することにより、通風抵抗の増大による冷却性の悪化を防止することが可能になる。
【０００９】
また、上述した負極側放熱フィンは、部分的に設けられた固定部を介してフレームに接触して固定されており、固定部以外をフレームから離間させることが望ましい。これにより、負極側放熱フィンの固定部以外の部分を、固定子から熱を直接受けるフレームから離すことができるため、フレームからの熱伝導による整流装置の冷却性の悪化を防止することが可能になる。
【００１０】
また、上述した冷却風吸入窓の外径よりも小さな負極側放熱フィンの内径は、冷却風吸入窓の径方向に沿った中央位置よりも小さいことが望ましい。冷却風吸入窓を覆う負極側放熱フィンの面積をこのように広くすることにより、冷却性向上の効果を確実なものとすることができる。
【００１１】
また、上述した負極側放熱フィンは、回転子の回転軸に沿って冷却風吸入窓に対応する位置に貫通孔を有することが望ましい。あるいは、上述した負極側放熱フィンは、回転子の回転軸に沿って冷却風吸入窓に対応する内周部に凹凸部を有することが望ましい。これにより、負極側放熱フィンの放熱面積の増加と、通風抵抗の低減を図ることが可能になり、整流装置の冷却性をさらに向上させることができる。
【００１２】
また、上述した正極側放熱フィンは、回転子の回転軸に沿って冷却風吸入窓および負極側放熱フィンの両方に対応する位置に貫通孔を有することが望ましい。これにより、負極側放熱フィンに回り込む冷却風の通風抵抗を低減することができ、整流装置の冷却性をさらに向上させることができる。
【００１３】
【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、図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、一実施形態の車両用交流発電機の全体構成を示す図である。図１に示す車両用交流発電機１００は、フロント側フレーム１、リア側フレーム２、固定子４、回転子１０、整流装置２４、電圧調整器２５、ブラシ装置２６、リアカバー２７等を含んで構成されている。
【００１４】
フロント側フレーム１およびリア側フレーム２は、アルミダイカスト製であって共に椀形状を有しており、これらの開口部同士を直接当接させた状態で、複数本のボルト３によって相互に固定されている。フロント側フレーム１の内周には固定子４が固定されている。この固定子４は、固定子鉄心５および固定子巻線６等によって構成されている。また、フロント側フレーム１には、円筒状のベアリングボックス７が一体で形成されており、リア側フレーム２には鉄製のベアリングボックス８がローレットを有するボルト９によって取り付けられている。
【００１５】
回転子１０は、界磁巻線１１、ポールコア１２、１３、シャフト１４等によって構成されており、ベアリングボックス７、８に固定される一対のベアリング１５、１６により回転自在に保持されている。ポールコア１２、１３の軸方向端面には、遠心型の冷却ファン１７、１８が取り付けられている。フロント側の冷却ファン１７は、界磁巻線１１への冷却風を生成するために、ブレードを回転子１０の回転方向に対して前傾させた斜流式になっている。また、シャフト１４の前端にはプーリ１９がナット２０により結合されており、図示しない車両エンジンにより回転駆動される。さらに、リア側フレーム２の外側に位置するシャフト１４の後端には、一対のスリップリング２１、２２が設けられており、界磁巻線１１に導体２３を介して電気的に接続されている。
【００１６】
リア側フレーム２の外側の軸方向端面には、整流装置２４、電圧調整器２５、ブラシ装置２６等のいわゆる電気部品が、ボルト９等の固定手段によって固定されている。整流装置２４は、例えば三相の固定子巻線６の出力電圧である三相交流電圧を整流して直流の出力電圧に変換する。電圧調整器２５は、界磁巻線１１に流れる励磁電流を調整することにより、車両用交流発電機１００の出力電圧を制御する。ブラシ装置２６は、整流装置２４から回転子１０の界磁巻線１１に励磁電流を流すためのものであり、回転子１０のシャフト１４に形成されたスリップリング２１、２２のそれぞれに押圧するブラシが備わっている。これらの電気部品は、冷却風導入窓がブラシ装置２６の周辺に同心円状に形成されている鋼鉄製のリアカバー２７によって覆われている。
【００１７】
次に、整流装置２４の詳細について説明する。図２は、整流装置２４の正面図である。図３は、整流装置２４の裏面図である。図４は、整流装置２４の断面を示す車両用交流発電機１００の部分断面図である。
整流装置２４は、端子台２００を挟んで軸方向に離間して対向するように積層された正極側放熱フィン２１０と負極側放熱フィン２２０を備えている。
【００１８】
正極側放熱フィン２１０は、負極側放熱フィン２２０よりもリア側であって内周側にずらして配置されている。この正極側放熱フィン２１０には、３個の正極側整流素子２１２がリード２１４をリア側フレーム２に向けて取付孔としての貫通孔に圧入固定されており、それぞれのリード２１４が端子台２００から突出した配線用の接続ターミナル２０２にＴＩＧ溶接等により接合されている。また、正極側放熱フィン２１０には、内周近傍に複数の貫通孔２１６が形成されている。
【００１９】
負極側正極フィン２２０は、正極側放熱フィン２１０とリア側フレーム２との間に配置されている。この負極側放熱フィン２２０には、３個の負極側整流素子２２２がリード２２４をリア側に向けて取付孔としての貫通孔に圧入固定されており、それぞれのリード２２４が端子台２００から突出した配線用の接続ターミナル２０２にＴＩＧ溶接等により接合されている。接続ターミナル２０２を介して正極側整流素子２１２と負極側整流素子２２２とが配線される。
【００２０】
また、負極側放熱フィン２２０は、全体が円弧角度１８０度以上のほぼ円弧形状を有しており、その一部に径方向に形成された分離溝２２７によって分離された２つの部分放熱フィン２２０Ａ、２２０Ｂによって構成されている。また、負極側放熱フィン２２０は、リア側フレーム２のリア側端面に形成された冷却風吸入窓３００に対応する位置に突出した突出部２２１を有している。この負極側放熱フィン２２０は、外周部近傍に設けられた４箇所の貫通孔である固定部２２６において、リア側フレーム２の軸方向端面にビス２２８によって締め付け固定されており、固定部２２６以外の部分がリア側フレーム２から離間している。
【００２１】
ところで、本実施形態の整流装置２４は、リア側フレーム２のリア側端面に設けられた冷却風吸入窓３００の半分以上を負極側放熱フィン２２０の突出部２２１で覆うように設定されている。図４に示すように、リア側フレーム２の冷却風吸入窓３００の内径および外径をそれぞれＲ１、Ｒ３とすると、冷却風吸入窓３００の径方向中央部の径はＲ１＋（Ｒ３−Ｒ１）／２となるため、負極側放熱フィン２２０の突出部２２１の内径Ｒ２との関係が以下の式を満たすように、負極側放熱フィン２２０や冷却風吸入窓３００の寸法が設定されている。
【００２２】
Ｒ１＋（Ｒ３−Ｒ１）／２≧Ｒ２
また、冷却風吸入窓３００と負極側放熱フィン２２０の突出部２２１とが重なる部分に対応するように、上述した正極側放熱フィン２１０の内周近傍の貫通孔２１６が設けられている。
【００２３】
このように、本実施形態の車両用交流発電機１００の整流装置２４は、リア側フレーム２の冷却風吸入窓３００を覆うように負極側放熱フィン２２０を形成することにより、負極側放熱フィン２２０の放熱面積を拡大することができるとともに、リアカバー２７を通して吸入された冷却風を冷却風吸入窓３００を覆っている負極側放熱フィン２２０にあてることができるため、整流装置２４の冷却性を向上させることができる。
【００２４】
また、負極側放熱フィン２２０は、回転子１０のシャフト１４に沿って冷却風吸入窓３００に対応する位置に、内径側に突出した突出部２２１を有しており、この突出部２２１の内径を冷却風吸入窓３００の外径よりも小さくしており、リア側フレーム２の冷却風吸入窓３００に対応する部分についてのみ負極側放熱フィン２２０を内径側に延ばして突出部２２１を形成することにより、通風抵抗の増大による冷却性の悪化を防止することが可能になる。
【００２５】
また、負極側放熱フィン２２０は、部分的に設けられた固定部２２６を介してリア側フレーム２に接触して固定されており、固定部２２６以外をリア側フレーム２から離間させているため、リア側フレーム２からの熱伝導による整流装置２４の冷却性の悪化を防止することが可能になる。
【００２６】
また、冷却風吸入窓３００の外径Ｒ３よりも小さな負極側放熱フィン２２０の内径Ｒ２は、冷却風吸入窓３００の径方向に沿った中央位置よりも小さく設定されており、冷却風吸入窓３００を覆う負極側放熱フィン２２０の面積をこのように広くすることにより、冷却性向上の効果を確実なものとすることができる。
【００２７】
また、正極側放熱フィン２１０は、回転子１０のシャフト１４に沿って冷却風吸入窓３００および負極側放熱フィン２２０の両方に対応する位置に貫通孔２１６を有しており、負極側放熱フィン２２０に回り込む冷却風の通風抵抗を低減することができ、整流装置２４の冷却性をさらに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。上述した実施形態では、負極側放熱フィン２２０を単にリア側フレーム２の冷却風吸入窓３００の半分以上に重ねるようにしたが、冷却風吸入窓３００に重なる負極側放熱フィン２２０の一部を変形することにより冷却性をさらに向上させることができる。例えば、図５に示すように負極側放熱フィン２２０の内周部であって冷却風吸入窓３００に対応する位置（図３に示した突出部２２１の位置）を凹凸部３１０による波型形状としたり、図６に示すように、負極側放熱フィン２２０の内周部近傍であって冷却風吸入窓３００に対応する位置に複数の貫通孔３２０を形成してもよい。これにより、負極側放熱フィン２２０の表面積増加による整流装置２４の冷却性向上とともに、通風抵抗低減による車両用交流発電機１００全体の冷却性向上を図ることが可能になる。
【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全体構成を示す図である。
【図２】整流装置の正面図である。
【図３】整流装置の裏面図である。
【図４】整流装置の断面を示す車両用交流発電機の部分断面図である。
【図５】変形例を示す整流装置の裏面図である。
【図６】他の変形例を示す整流装置の裏面図である。
【符号の説明】
１ フロント側フレーム
２ リア側フレーム
４ 固定子
１０ 回転子
２４ 整流装置
２５ 電圧調整器
２６ ブラシ装置
２７ リアカバー
１００ 車両用交流発電機
２００ 端子台
２０２ 接続ターミナル
２１０ 正極側放熱フィン
２１２ 正極側整流素子
２１６、３２０ 貫通孔
２２０ 負極側放熱フィン
２２１ 突出部
２２２ 負極側整流素子
３００ 冷却風吸入窓
３１０ 凹凸部

Claims (4)

1. 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、前記固定子の交流出力を直流出力に変換する整流装置と、前記フレームの外側に配置された前記整流装置を覆うとともに前記回転子の軸方向と垂直な面に冷却風導入窓が形成されたリアカバーと、外部から前記リアカバー、前記整流装置および前記フレームの冷却風吸入窓を経由して前記フレームの内部に冷却風を吸入する冷却ファンとを備える車両用交流発電機において、
   前記整流装置は、正極側整流素子を固定する正極側放熱フィンと、負極側整流素子を固定する負極側放熱フィンと、前記正極側整流素子と前記負極側整流素子を配線する接続ターミナルを有する端子台とを備え、
   前記正極側放熱フィンおよび前記負極側放熱フィンは、前記回転子の回転軸に対して径方向に配置されているとともに、前記負極側放熱フィンは、前記フレームと前記正極側放熱フィンとに挟まれ、かつ、回転軸方向に前記正極側放熱フィンと部分的に重なって配置され、
   前記負極側放熱フィンは、前記回転子の回転軸に沿って前記冷却風吸入窓に対応する位置に、内径側に突出した突出部を有しており、この突出部の内径は、前記冷却風吸入窓の径方向に沿った中央位置よりも小さく、
   前記正極側放熱フィンの、前記負極側放熱フィンの前記突出部に対応する位置に、貫通孔を有す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、
   前記負極側放熱フィンは、部分的に設けられた固定部を介して前記フレームに接触して固定されており、前記固定部以外を前記フレームから離間させることを特徴とする車両用交流発電機。
3. 請求項１または２において、
   前記負極側放熱フィンは、前記回転子の回転軸に沿って前記冷却風吸入窓に対応する位置に貫通孔を有することを特徴とする車両用交流発電機。
4. 請求項１または２において、
   前記負極側放熱フィンは、前記回転子の回転軸に沿って前記冷却風吸入窓に対応する内周部に凹凸部を有することを特徴とする車両用交流発電機。

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