JP4106852B2

JP4106852B2 - 車両用交流発電機

Info

Publication number: JP4106852B2
Application number: JP2000113967A
Authority: JP
Inventors: 幸一井畑
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2000-04-14
Filing date: 2000-04-14
Publication date: 2008-06-25
Anticipated expiration: 2020-04-14
Also published as: EP1146626B1; DE60101112D1; US20010030472A1; US6664674B2; JP2001298907A; DE60101112T2; EP1146626A1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、乗り物の内燃機関により駆動される車両用回転電機に関し、例えば乗用車、トラック等に搭載される車両用回転電機に関するものである。
【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、車室内居住空間の確保のニーズからエンジンルームが近年ますます狭小化する中で、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いる。
【０００３】
また車両用交流発電機においても，燃費向上のためエンジン回転は下げられ車両用交流発電機の回転も下がっている。しかしその一方で、安全制御機器等の電気負荷の増加が求められ、ますます発電能力の向上が求められている。即ち、小型で高出力の車両用交流発電機を安価に提供することが求められている。
【０００４】
その対策として、ロータ巻線の抵抗値を低減することにより、高出力化は可能である。しかし、抵抗値の低減により、ＩＣレギュレータによって制御される励磁電流が増大するので、ＩＣレギュレータ自身の温度が上昇することから、ＩＣレギュレータの信頼性を確保するために限られたスペース内で良好に冷却する必要がある。
【０００５】
これに対し、特開平１１−１６４５１８号公報には、ＩＣレギュレータをブラシホルダとコネクタとのとの間に配置し、軸方向に設けたＩＣレギュレータの放熱板に沿って軸方向の冷却風通路を形成して、ＩＣレギュレータを冷却するものがある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、この構造では、ＩＣレギュレータはロータ巻線に励磁電流を給電する摺動体であるブラシの保持装置（以下「ブラシホルダ」と称する。）に対向する位置に配置されており、ブラシ自身の通電発熱とスリップリングとの間の通電発熱及び摺動摩擦熱がブラシホルダに伝熱されて、この輻射熱がＩＣレギュレータに放射されるので、ＩＣレギュレータの冷却性は不十分であった。
【０００７】
さらに、ＩＣレギュレータには整流器の冷却フィンの切り欠き部と対向する面もあるため、ここからの輻射熱もあった。
【０００８】
例えば、発電条件によっては、ＩＣレギュレータ自体の温度上昇値が３０ｄｅｇであるのに対し、ブラシホルダや整流器フィンの温度上昇値が１００ｄｅｇを越える場合もあり、結果として輻射熱によりＩＣレギュレータの温度上昇値が６０ｄｅｇになってしまうことがある。
【０００９】
もちろん、ＩＣレギュレータをブラシホルダや整流器フィンから遠ざけるように配置すれば輻射熱の影響は小さくすることができるが、この結果発電機のリア側が大きくなるので、車両への搭載時に他部品と干渉するなど問題が生じる。
【００１０】
また、冷却フィンを大型化するなどして、冷却風量を増加させることも考えられるが、この場合にも小型化を損なうとともに、フィン騒音増大といった新たな問題も生じる。
【００１１】
本発明は上記問題に鑑みなされたものであり、ブラシホルダ、ＩＣレギュレータ、コネクタケース等が搭載される限られたスペース内にて、他部品の冷却性を損なわずにＩＣレギュレータの冷却性向上を達成できる車両用交流発電機を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、発電電力を整流するための整流素子を保持してフレームに固定される冷却フィンと、回転子に励磁電流を供給するためのブラシを保持するブラシホルダと、車両との間で電気信号を授受するための端子を持つコネクタケースと、出力電圧を調整するＩＣレギュレータと、前記冷却フィン、前記ＩＣレギュレータ、前記ブラシホルダ及び前記コネクタケースを保護するリアカバーとを備える車両用交流発電機において、前記冷却フィンは、円環の一部に切り欠き部を持つ略Ｃ字形状をなし、前記切り欠き部には前記コネクタケース及び前記ブラシホルダが配置されており、前記ＩＣレギュレータは、前記コネクタケース又は前記ブラシホルダと前記リアカバーとの間に配置され、前記ＩＣレギュレータの放熱金属板は前記リアカバーに設けた通風口に対向していることを特徴としている。
【００１３】
これによると、ＩＣレギュレータの金属放熱板がリアカバーに設けられた通風口に対向して設けられるので、冷却フィン、ブラシホルダの輻射熱の影響が少ないので、発電しているときのＩＣレギュレータの周囲温度は低い。よってＩＣレギュレータの冷却性を向上できる。
【００１５】
また、前記切り欠き部には、前記ＩＣレギュレータの表面を通過後の冷却風が通過可能となる軸方向の貫通路が形成されていることを特徴としている。
【００１６】
これによると、切り欠き部には冷却風通路が形成されているので、切り欠き部に配置されたコネクタケース及びブラシホルダに冷却風を供給できる。
【００１８】
さらに、ＩＣレギュレータの放熱金属板には複数の凸部の冷却フィンが形成されているので、ＩＣレギュレータの冷却性が向上する。また、前記ＩＣレギュレータ本体は、励磁電流を制御するためのパワートランジスタを制御部と一体としたワンチップ構成のＩＣであることを特徴としている。これによると、ワンチップ構成のＩＣと、それを冷却するためのフィンとからなるＩＣレギュレータを採用するので、レギュレータケースが不要となり、レギュレータのための必要スペースを縮減でき、これによりさらに冷却フィンの面積を大きくでき、ダイオードの冷却性を向上できる。
【００１９】
請求項２に記載の発明によると、前記ブラシホルダは、前記コネクタケース、前記冷却フィン及び前記フレームの少なくともいずれかに固定されることにより、前記ブラシ収容部が定位置に保持されることを特徴としている。
【００２０】
これによると、ブラシホルダが周囲の部品と固定され、ブラシ収容部が定位置に保持されるので、ブラシと回転子側の通電部との電気接触を安定させることができる。従って、接触不良に伴うブラシの異常な温度上昇が防止できるので、レギュレータへの熱影響を防止できる。
【００２１】
請求項３に記載の発明によると、前記整流素子を接続してなる整流回路の正、負の直流電源端間に両端が接続されるノイズ低減用のコンデンサを有し、このコンデンサは前記切り欠き部内に配設されることを特徴としている。
【００２２】
これによると、整流素子を接続してなる整流回路の正、負の直流電源間に両端が接続されるノイズ低減用のコンデンサが、切り欠き部内に配設されているので、配線を長く引き回すことなく全体構成をコンパクトとすることができる。例えば、コネクタケース内に一体成形される正極、負極の配線にノイズ低減用のコンデンサの両端の電極の電源を直接接続できるので、ノイズ低減用のコンデンサに直接接続する配線が不要になり、簡素な構成で整流回路から出力される直流電源に重畳するリップル電圧を低減することができる。また、ノイズ低減用のコンデンサを搭載する余分なスペースが不要になるので、整流用ダイオード冷却フィンの面積を減少させないで、さらに軸方向から取り込まれる冷却風の妨げにもならないので、ダイオードやＩＣレギュレータの冷却性には悪影響を及ぼさない。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図に基づいて説明する。
【００２６】
図１は、本発明の車両用交流発電機の軸方向断面図、図２は図１の車両用交流発電機のリアカバー及びシールリングを外した状態のリア側を示す図である。
【００２７】
この実施形態の車両用交流発電機１は、図１及び図２に示すように、電機子として働く固定子２、界磁として働く回転子３、固定子２及び回転子３を支持するフロントフレーム４１及びリアフレーム４２、固定子２に接続されて交流電力を整流する整流装置５、回転子３に界磁電流を供給するブラシ６１を保持するブラシホルダ６、出力電圧を制御するＩＣレギュレータ７、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８、リアカバー９２等から構成されている。
【００２８】
整流装置５は、軸方向に２段に重ねられた正極フィン５１１と負極フィン５１２、正極用ダイオード５１３、負極用ダイオード５１４、端子台５１５、スリーブ５１６等からなる。端子台５１５は、両冷却フィン５１１、５１２間を電気的に絶縁する樹脂製絶縁材からなり、固定子２で発生する交流電圧を整流ダイオード５１３、５１４に導ための導電部材を内蔵している。
【００２９】
銅等の良熱伝導性金属で形成された冷却フィン５１１、５１２は、円環の一部を切り欠いた形状の切り欠き部５２を持ち、同じ冷却フィン間の切り欠き部５２の端面は平行であり、この平行端部間の距離Ｆは、後述するブラシ収容部６２の幅Ｅの１．３〜３倍、更に好ましくは１．８〜２．３倍に設定されている。そして、冷却フィン５１１、５１２は、端子台５１５及びスリーブ５１６を介してリアフレーム４２を介して締め付け等で固定されている。ブラシホルダ６、ＩＣレギュレータ７、コネクタケース８は、切り欠き部５２内に配列されている。
【００３０】
冷却フィン５１１、５１２には、固定子２で発生した交流電力を直流電力に変換するダイオード５１３、５１４が半田付け又は打ち込み等で複数個取り付けられている。スリップリング保護部材９１は、リアカバー９２の内端面中央部に配置されているシールリング９４とリアフレーム４２とにより挟まれてスリップリングを囲覆している。冷却フィン５１１、５１２の内径側の端縁及び外形側の端縁は、従来と同様に、スリップリング保護部材９１及びリアカバー９２に対して径方向に対して適当な隙間をもって配設されている。
【００３１】
ブラシホルダ６は、ブラシ６１を収容するブラシ収容部６２とブラシ収容部取付腕６３からなる。ブラシ収容部取付腕６３は冷却フィン５１１、５１２に締め付け等により固定され、ブラシ収容部６２は冷却フィン５１１、５１２に切り欠き部５２に配置されている。なお、ブラシ収容部の周方向幅Ｅは、必要な界磁電流を流し、必要な摩耗寿命を確保するためのブラシ寸法から定まる値であり、車両用交流発電機では所定の類似した値に設定される。
【００３２】
コネクタケース８は、車両との間の電気信号を入出力するための端子８１と、ＩＣレギュレータ７に電源を供給するとともにコネクタケース８を冷却フィン５１１、５１２に固定するための取付腕８２とがモールド成形により一体に形成されている。コネクタケース８の裏面には電気ノイズ低減用のコンデンサ８５が配設され、コンデンサ８５の電極８５１はモールド成型された取付腕８２の途中に電気的に結線されている。取付腕８２は金属からなり、正極、負極の冷却フィン５１１、５１２に締め付け等で固定されることにより、コネクタケース８が冷却フィン５１１、５１２の切り欠き部５２内に配置される。
【００３３】
ＩＣレギュレータ７は、複数の接続端子７１と、図示しないＩＣ本体と、レギュレータ冷却フィン７３とを一体にモールド成型した略板状である。ＩＣレギュレータ本体は、励磁電流を制御するためのパワートランジスタを制御部と一体としたワンチップ構成のＩＣである。ＩＣレギュレータ７の冷却フィン７３は、ＩＣレギュレータ７のリア側に複数の凸部が形成されている。コネクタケース８の背面のリアカバー９２側に冷却フィン７３の面がリアカバー９２の底面部と平行になるように配設されている。また、コネクタケース８の底面部とブラシホルダ６との間には、軸方向に冷却風が通る貫通路９０が形成されている。接続端子７１は図示されていないが、モールド成型された端子の突出部と溶接等で電気的に接続されている。
【００３４】
図３は、車両用交流発電機１のＩＣレギュレータ７近傍の要部の断面図、図４は図３に示すＡ、Ｂ、Ｃ及びＤの各点における温度を示す特性図である。図４に示すように、従来ＩＣレギュレータが配置されていたブラシホルダ６とコネクタケースとの間のＡ点に比べ、リアカバー９２に設けられた吸気口と対向する点であるＢ、Ｃ及びＤ点では、ダイオード冷却フィン、ブラシの輻射熱の影響が少ないので、発電しているときのＩＣレギュレータの周囲温度は低い。
【００３５】
従って、上記構成によれば、ＩＣレギュレータ７をコネクタケース８とリアカバー９２との間に装着することにより、ダイオード５１３、５１４を介して冷却フィン５１１、５１２からの輻射熱またブラシホルダ６からの輻射熱の影響を小さくすると共にＩＣレギュレータ７通過後の冷却風通路もコネクタケース８の底面部とブラシホルダ６との間の貫通路９０により確保され、ＩＣレギュレータ７の温度上昇を抑制できる。
【００３６】
なお、冷却風は図１に示すように、リアカバー９２のＩＣレギュレータ７との対向面に設けた軸方向通風口から内部に入り、ＩＣレギュレータ７の表面を流れて貫通路９０へと導かれる。
【００３７】
上記実施形態では、コネクタケース８の背面にＩＣレギュレータ７を装着したが、図５に示すように、更に周囲温度の低いコネクタケースの径方向外側の面に装着することもできる。また、図５においては、ＩＣレギュレータ７に対向するリアカバー９２には、吸気口９２１を設けることによってＩＣレギュレータ表面を流れ、フレーム吸気口４２ａへと導かれる略軸方向の冷却風を発生させて、ＩＣレギュレータ７を冷却することができる。
【００３８】
なお、ＩＣレギュレータ７には凸部を持つ冷却フィン７３を配置してあるが、輻射熱を防止して十分にＩＣレギュレータ７の周囲温度を下げることにより、冷却フィン７３ではなく、冷却風の当たる面に単純形状の放熱金属板を用いてもよい。
【００３９】
また、上記実施形態においては、ブラシホルダ６は、冷却フィン５１１、５１２に固定されたが、コネクタケース８またはリアフレーム４２に固定してもよい。この場合でも、ブラシ収容部６２が定位置に保持される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の車両用交流発電機を示す軸方向断面図である。
【図２】図１の車両用交流発電機のリアカバー及びシールリングを外した状態のリア側を示す正面図である。
【図３】図１の車両用交流発電機のレギュレータ近傍の要部拡大部分断面図である。
【図４】図３の車両用交流発電機におけるレギュレータ近傍の周囲温度の試験例を示す特性図である。
【図５】他の実施形態における車両用交流発電機を示す軸方向部分断面図である。
【符号の説明】
３…回転子、５…整流装置、６…ブラシホルダ、７…ＩＣレギュレータ、８…コネクタケース、５２…切り欠き部、６１…ブラシ、６２…ブラシ収容部、６３…ブラシ収容部取付腕、８５…ノイズ低減用コンデンサ、５１１、５１２…整流用ダイオード冷却フィン、５１３、５１４…整流用ダイオード。

Claims

発電電力を整流するための整流素子を保持してフレームに固定される冷却フィンと、回転子に励磁電流を供給するためのブラシを保持するブラシホルダと、車両との間で電気信号を授受するための端子を持つコネクタケースと、出力電圧を調整するＩＣレギュレータと、前記冷却フィン、前記ＩＣレギュレータ、前記ブラシホルダ及び前記コネクタケースを保護するリアカバーとを備える車両用交流発電機において、
前記冷却フィンは、円環の一部に切り欠き部を持つ略Ｃ字形状をなし、前記切り欠き部には前記コネクタケース及び前記ブラシホルダが配置されており、
前記ＩＣレギュレータは、前記コネクタケース又は前記ブラシホルダと前記リアカバーとの間に配置され、前記ＩＣレギュレータの放熱金属板は前記リアカバーに設けた通風口に対向しており、
前記ＩＣレギュレータの冷却フィンは、ＩＣレギュレータのリア側に複数の凸部が形成されて、コネクタケースの背面の前記リアカバー側に冷却フィンの面がリアカバーの底面部と平行になるように配設され、
前記切り欠き部には、前記ブラシホルダと前記ＩＣレギュレータの表面を通過後の冷却風が通過可能となる軸方向の貫通路が形成されており、かつ
前記ＩＣレギュレータ本体は、励磁電流を制御するためのパワートランジスタを制御部と一体としたワンチップ構成のＩＣであることを特徴とする車両用交流発電機。
前記ブラシホルダは、前記コネクタケース、前記冷却フィン及び前記フレームの少なくともいずれかに固定されることにより、前記ブラシ収容部が定位置に保持されることを特徴とする請求項１に記載の車両用交流発電機。
前記整流素子を接続してなる整流回路の正、負の直流電源端間に両端が接続されるノイズ低減用のコンデンサを有し、このコンデンサは前記切り欠き部内に配設されることを特徴とする請求項１もしくは２に記載の車両用交流発電機。