JP4258909B2

JP4258909B2 - Vehicle alternator

Info

Publication number: JP4258909B2
Application number: JP26318199A
Authority: JP
Inventors: 宏至金澤; 和雄田原; 雅美高野; 敏之印南; 敦鈴木; 謙一郎松原
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1999-09-17
Filing date: 1999-09-17
Publication date: 2009-04-30
Anticipated expiration: 2019-09-17
Also published as: JP2001086706A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は車両用交流発電機に係り、特にその冷却技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の車両用交流発電機の冷却技術としては、特開昭62−217837号公報に記載のものがある。
【０００３】
この公報には、整流器の冷却方法として整流器の片面を水路に接するように配置することが開示されている。
【０００４】
また界磁巻線の冷却方法として、界磁巻線が回転しないブラシレス構造のものを対象に、界磁巻線を直接良熱伝導体に接触させ該良熱伝導体を通じて水路に熱を逃がすことが開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術は整流器をその片面から冷却する構成であるため、ダイオードと固定子コイルを接続するためのターミナル及びダイオードのリード部分での発熱を冷却することは困難であった。従って、ダイオード自体は冷却できてもそれら接続部（ターミナル，リード）で発生するジュール熱を冷却することができないという問題点があった。
【０００６】
また、上記従来技術は水路を構成する冷却カバーと整流器が独立して構成されているため、整流器から冷却カバーを介して熱が伝わるときに熱抵抗が大きく、冷却効率が悪いという課題があった。
【０００７】
本発明が解決しようとする第１の課題は、整流素子であるダイオード，接続部に用いられるターミナル及びダイオードのリード部分で発生するジュール熱を効率良く冷却することである。
【０００８】
本発明が解決しようとする第２の課題は、上記公報のような界磁巻線が回転しないブラシレス構造の交流発電機ではなく、界磁巻線が回転する交流発電機において、界磁巻線のジュール熱を効率良く冷却することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、界磁巻線と、複数の磁極と、一方の端部にプーリを有するシャフトとを有する回転子と、界磁巻線により複数の磁極を磁化することによって固定子巻線に交流電圧を発生する固定子と、固定子を固定するハウジングと、ハウジングの反プーリ側に設けられ、ハウジングに形成された凹部をリアプレートによって蓋することによって形成された水路と、リアプレートの前記水路とは反対側の面に配置され、固定子巻線に発生した交流電圧を整流する複数の整流素子と、複数の整流素子を覆うように、ハウジングの反プーリ側に固定されたリアブラケットと、複数の整流素子をモールドし、整流素子とリアブラケットとの間に設けられた熱伝導体と、を有する車両用交流発電機である。
【００１０】
また、本発明は、固定子及び回転子の軸方向両側を覆う２つのブラケットのうち、少なくとも１つのブラケットに、固定子の巻線とほぼ同じ外径の開口部を設けたことを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の一実施形態をなす車両用交流発電機の縦断面図である。
【００１４】
車両用交流発電機１は２個のブラケットを備え、このブラケットはプーリ102側に配置されるフロントブラケット１０３及び反プーリ側リアブラケット１０４からなる。
【００１５】
両ブラケットの中心部にはシャフト１０１がプーリ側ベアリング１００Ｆ，反プーリ側ベアリング１００Ｒを介して支持され、シャフト１０１の一方の端部にはプーリ１０２が取り付けられ、もう一方の端部にはスリップリング１１０が取り付けられている。
【００１６】
先に述べた、プーリ側ベアリング１００Ｆはベアリングの外輪の回り止めとしてベアリングリテーナ１２０がフロントブラケット１０３に設けられている。
【００１７】
プーリ１０２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、エンジンの回転数に比例して回転する。
【００１８】
スリップリング１１０にはブラシ１１１が摺動可能に取り付けられ、ブラシ１１１から後述する界磁巻線１０７に界磁巻線口出し線１０７ａを介して電力を供給する。
【００１９】
また、シャフト１０１の中央部には回転子（ロータ）が取り付けられている。回転子コア３００の外周部には爪形の形状を持つ一対の爪形磁極部１０８が配置されている。
【００２０】
また、回転子の中心部には界磁巻線１０７が巻かれ、この界磁巻線１０７にスリップリング１１０からの直流電流を流すことによって前記爪形磁極部１０８を磁化させる。
【００２１】
一対の爪形磁極部１０８の間には永久磁石１１８が配置され、残りの空間部分から界磁巻線１０７の空間部には良熱伝導体１１６が配置され、回転子の爪形磁極部１０８の最外周部には良熱伝導体１１６の飛び出しを防止するための飛散防止カバー１１７が配置されている。
【００２２】
プーリ側フロントブラケット１０３と反プーリ側リアブラケット１０４の間には固定子コア１０５が内蔵されたハウジング１１５が配置され、この固定子コア１０５の内周面は回転子の爪形磁極部１０８表面に配置される飛散防止カバー１１７と僅かな間隔（機械的ギャップ）を隔てて配置されている。
【００２３】
この機械的ギャップ長は機械的特性の関係から必要となる予め決められた間隔であり、一般的には０.４〜０.６mm程度である。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相に巻かれており、エンジンの駆動によって爪形磁極部108が回転して磁化されると、固定子巻線１０６に３相の誘起電圧が発生する。
【００２４】
固定子コア１０５はハウジング１１５の内側にヤキバメにより固定されるが、固定子コア１０５のスロット内の固定子巻線１０６の隙間およびコイルエンドには、良熱伝導体１１６が充填され、結果的には固定子コア１０５と固定子巻線１０６とハウジング１１５は良熱伝導体１１６で一体的に成型されて熱的に接続されている。ここで述べた良熱伝導体は、例えば熱伝導率が１.０（Ｗ／ｍＫ）よりも大きいシリコンゴム系のものや熱伝導率の高いエポキシ樹脂等である。
【００２５】
ハウジング１１５には冷却水が流れるための水路１１４が形成されている。また、ハウジング１１５の反プーリ側にはダイオードを冷却するための水路１１４も構成されている。このダイオードの冷却水路１１４を塞ぐためにリアプレート１１２が配置され、そのリアプレート１１２にダイオードモジュールが配置される。
【００２６】
ハウジング１１５とリアプレート１１２の間には水漏れを防止するためのシール材（図示せず）が配置されている。そのリアプレート１１２はその外側に配置されるリアブラケット１０４によりハウジング１１５にネジを用いて固定されている。
【００２７】
反プーリ側リアブラケット１０４の内側には、整流回路を構成するダイオードのモジュールであるダイオードのマイナスフィン１０９ｂの上に絶縁材を介してダイオードのプラスフィン１０９ａが構成され、ダイオードのマイナスフィン１０９ｂは直接冷却水路１１４を密閉するためのリアプレート１１２に固定されている。
【００２８】
また、発電電圧を調整するためのＩＣレギュレータ１１３は前記リアブラケット１０４に冷却面が接するように配置されている。
【００２９】
ダイオードのプラスフィン１０９ａは、図示しないバッテリーのプラス電極に接続され、ダイオードのマイナスフィン１０９ｂは車両用交流発電機１の本体と同一電位となっていて、図示しないバッテリーのマイナス端子側に電気的に接続される。
【００３０】
これらのダイオードは固定子巻線１０６で発生した３相交流電圧を全波整流し直流電圧に変換する。
【００３１】
ＩＣレギュレータ１１３は、バッテリーを充電するためにダイオード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。
【００３２】
また、ダイオードのマイナスフィン１０９ｂ，ダイオードのプラスフィン109a，ダイオードと固定子巻線１０６の口出し線を接続するためのターミナル１２１は、良熱伝導体１１６により密封されリアブラケット１０４及びリアプレート１１２に熱的に接続され放熱が良好に行われると共に、防水の効果を持たせている。
【００３３】
また、回転子コア３００の軸方向端部をなす面２００に対向する筐体部材のうち、フロントブラケット１０３に冷却促進部１１９Ｆ，ハウジング１１５の反プーリ側には冷却促進部１１９Ｒが配置されている。これら筐体部材と回転子コア３００の軸方向端部をなす面２００のギャップ長ｇ１及びｇ２は０.３mm〜１.０mm程度のものである。
【００３４】
以上のように構成した車両用交流発電機１において、エンジンの駆動によってプーリ１０２が回転すると、シャフト１０１はスリップリング１１０及び回転子と一緒に回転し、ブラシ１１１からの直流電流が回転子内部の界磁巻線１０７に通電され、界磁巻線１０７は爪形磁極部１０８のそれぞれの磁極にＮ極及びＳ極を構成するように動作する。
【００３５】
この界磁巻線１０７による磁束は、Ｎ極の爪形磁極部の爪部から出たものが、固定子コア１０５を通りＳ極の爪形磁極部の爪部に戻る磁気回路を形成する。この磁気回路の磁束が固定子巻線１０６を差交することにより、固定子巻線１０６に３相の誘起電圧が発生する。
【００３６】
この３相の誘起電圧は先のダイオードプラスフィン１０９ａとマイナスフィン１０９ｂ上に配置されたダイオード群により全波整流され直流電圧に変換される。整流された直流電圧は約１４.３Ｖ程度の一定電圧になるようにＩＣレギュレータ１１３で界磁巻線電流を制御することで達成している。
【００３７】
先に述べた爪磁極間に配置した永久磁石は爪磁極間に同極が向かい合う方向に着磁したもので固定子巻線を通る有効磁束を増加させるためのものである。
【００３８】
本実施形態では冷却方式に水冷を採用しているために、低速で発電しても冷却効果が期待できることから、爪磁極間には耐熱性の高いネオジム磁石を採用している。
【００３９】
次に固定子巻線１０６で発生する銅損による発熱の冷却について説明する。
【００４０】
先にも述べたように、固定子巻線１０６が配置される固定子コア１０５はハウジング１１５にヤキバメにより固定され、熱をハウジング１１５に伝えやすい構造としている。また、先にも説明したように固定子巻線１０６の放熱向上のために固定子巻線１０６とハウジング１１５の内面が熱的に接触させるように、熱伝導の高い樹脂で熱の放熱経路を設けている。
【００４１】
ハウジング１１５の外周には軸方向に穴が複数個貫通しており、フロントブラケット１０３とリアプレート１１２により水路は密閉されジグザグ状に水路が構成されている。冷却水はハウジング１１５の外周面のジグザグ状の水路を流れるように構成されており、固定子コア１０５の外周面から冷却出来るものである。
また、回転子内部で発生する界磁巻線１０７の銅損による発熱はフロントブラケット１０３とハウジング１１５の反プーリ側の内側で、回転子の軸方向の面２００に僅かなギャップで接する冷却促進部１１９で放熱出来る構造である。
【００４２】
このように回転子の冷却に対して軸方向の面と外周面を冷却水の通る水路114に間接的に接するように配置することで、回転子全体の冷却を促進できる構成である。
【００４３】
また、図示していないが、本発明ではハウジング１１５に配置した水路は８本の偶数とし、水の流れは反プーリ側から入りフロントブラケット１０３で折り返し、また、反プーリ側に流れてプーリ側に折り返すような４往復して反プーリ側から出ていくようにした。
【００４４】
このように水路を偶数にすることで同一方向に給排水の配管を設けることが出来、ラジエータホース４のとり回しが容易になる。
【００４５】
また、給排水のホースジョイントを反プーリ側に配置することでベルトに絡む可能性を大幅に低減できる。
【００４６】
前記説明は、ＩＣレギュレータ１１３をリアブラケット１０４に配置したが、水路１１４に直接接するリアプレート１１２に接するように配置しても良く、水温の検出精度を高めることができる。
【００４７】
次に整流器であるダイオードの冷却について図２を用いて詳細に説明する。
【００４８】
図１で示したように全波整流回路のダイオードは、固定子巻線が△結線の場合には６個、Ｙ結線の場合には中性点ダイオードを２個用いるために８個で構成される。本実施形態ではＹ結線を例に取り説明する。
【００４９】
ダイオードマイナスフィン１０９ｂにはダイオードＵ^-，Ｖ^-，Ｎ^-，Ｗ^-の４個がダイオードマイナスフィン１０９ｂに圧入されている。また、ダイオードプラスフィン１０９ａにおいても同様にＵ⁺，Ｖ⁺，Ｎ⁺，Ｗ⁺の４個のダイオードが圧入されている。そして、ダイオードのマイナスフィン１０９ｂの上に絶縁材１０９ａｂを介して、ダイオードプラスフィン１０９ａが重なる構成である。
【００５０】
そして、それらのダイオードは点線で図示したようにダイオードのＵ^-のダイオードリード１２２とダイオードＵ⁺のリードはターミナル１２１で接続されている。
【００５１】
また、このターミナルのターミナル固定部材から出ている部分は固定子巻線の出力線と接続される。よって、ダイオードのＵ^-はリードの部分はカソードに相当し、フィンに圧入されている側はアノードとなる。また、Ｕ⁺のダイオードはリード側がアノード、プラスフィン側がカソードに相当する。
【００５２】
そして、これらのダイオードマイナスフィン１０９ｂ，絶縁材１０９ａｂ，プラスフィン１０９ａ，ターミナル１２１，ターミナル固定部材１０９ｔは、絶縁材料であり熱伝導率の高い良熱伝導体１１６により一体成型されている。よって、防水特性に優れると共に内部の電圧は絶縁されるために図１に示したようにリアブラケットに直に接して配置することができる。
【００５３】
発熱の最も大きい部分は、電流密度の高いダイオードのリード１２２部分及びターミナル１２１部分である。特に、ターミナル１２１はターミナル固定部材１０９ｔにより固定されると共に放熱が阻害されているために温度上昇が最も大きい。
【００５４】
実験による測定ではターミナル１２１の温度はダイオードの温度に比べ約３５℃程度高くなっていた。本実施形態のように良熱伝導体１１６で囲いリアブラケットに接触させることで、ターミナルの温度を約６０℃下げることができた。
【００５５】
また、本発明では、先に説明したターミナル１２１は固有抵抗値の小さい銅を用いたが、銅に他の金属を混ぜた銅合金を用いても同様の効果は得られる。
【００５６】
また、冷却効率を上げるためにダイオードを圧入しているプラスフィン及びマイナスフィンの材質に同様の銅又は銅合金を用いることで達成できる。
【００５７】
なお、本発明ではターミナルを保持するためにターミナル固定部材１０９ｔを用いたが使用しなくてもよい。
【００５８】
次に図３を用いてダイオードのマイナス素子をリアプレート１１２に配置した場合について説明する。
【００５９】
図２との違いは、ダイオードのマイナスフィン１０９ｂを省略してダイオードのマイナス素子を直接リアプレート１１２に圧入したものである。
【００６０】
点線はリアプレート１１２により塞がれる水路を示したもので、ダイオードを良好に冷却できるものである。
【００６１】
このように、ダイオードのマイナス素子をリアプレート１１２に直付けすることで熱抵抗を小さくすることができダイオードの温度上昇を下げることができる。言い換えると、ダイオードのマイナスフィン１０９ｂを水路を塞ぐための部材として使用したことにもなる。
【００６２】
図４はその埋め込んだマイナス側のダイオードの断面図を示したものである。構成については図１に示したようにハウジング１１５の反プーリ側に配置した冷却促進部１１９Ｒ内の水路１１４を密閉するための部材である。
【００６３】
リアプレート１１２を省略してダイオードのマイナスフィン１０９ｂにダイオードのマイナス側を配置している。そのマイナス側フィン１０９ｂの上部には絶縁材１０９ａｂを介してダイオードのプラスフィン１０９ａが配置される。
【００６４】
このダイオードのプラスフィン１０９ａにはダイオードのプラス側が配置され、それぞれのダイオードのリード１２２はターミナル１２１により接続されている。
【００６５】
このように、リアプレート１１２を省略することでダイオードから水路１１４までの熱抵抗とリアプレート１１２とリアプレート１１２とマイナスフィン109bとの接触熱抵抗を低減できる効果がある。
【００６６】
図５はリアプレート１１２に、マイナス側ダイオードだけではなくプラス側ダイオードを混在させた場合を示したものである。
【００６７】
この場合は、プラス側ダイオードのディスク１０９ｄを電気的に絶縁する必要があるためディスク１０９ｄの外周部分には絶縁材１０９ａｂが配置される。この絶縁材１０９ａｂは熱伝導特性の良いものを使用することはいうまでもない。先の図２ではリアプレート１１２の上にダイオードマイナスフィン１０９ｂの上部にダイオードプラスフィンを絶縁材１０９ａｂを用いて重ねて配置したが、他の方法としてはリアプレート１１２に対してマイナスダイオードは直付け、プラスフィンは絶縁材１０９ａｂを介して直接リアプレート１１２に固定することも可能である。
【００６８】
こうすることで、ダイオードのプラスフィン１０９ａは絶縁物のみで水路に近いリアプレート１１２に接することができ良好な冷却が可能になる。
【００６９】
図６は、図１に示した車両用交流発電機１の縦断面図を示したものである。図１と同符号は同じものを示すため詳細な説明は省略する。
【００７０】
図１との違いはプーリ側に配置したベアリング１００Ｆの外輪の回り止めに設けているベアリングリテーナ１２０を省略し冷却促進部１１９Ｆを大きくしてベアリングのリテーナと共用化したものである。この冷却促進部１１９Ｆはアルミ部材で構成されフロントブラケット１０３にネジにより固定される。
【００７１】
このように、冷却促進部１１９Ｆをロータの内周側にまで配置できることでロータの界磁巻線１０７の冷却を促進できる効果がある。フロントブラケット103に設けた冷却促進部１１９Ｆの高さをＨ１、界磁巻線の巻高さＨ２、反プーリ側に配置した冷却促進部１１９Ｒの高さをＨ３とした場合、それぞれの冷却促進部の高さは以下の式を満足するものとする。
【００７２】
Ｈ１≧Ｈ２，Ｈ３≧Ｈ２
また、突き合わせ面のギャップ長ｇ１及びｇ２は０.３mm〜１.０mm程度である。この理由は界磁巻線１０７の放熱効果を十分に確保するためである。
【００７３】
図７は、図６に示した車両用交流発電機１の縦断面図を示す。図６と同符号は同じものを示すため詳細な説明は省略する。
【００７４】
図６との違いは界磁巻線１０７の口出し線１０７ａを爪磁極の側面に溝を設けてその凹部に配線を埋め込んだものである。この口出し線１０７ａと爪形磁極部の凹部はワニスにより固定されている。よって、回転子の反プーリ側の面は平面とすることができるために冷却促進部１１９Ｒの効果を十分発揮することができる。
【００７５】
図６の場合には界磁巻線口出し線１０７ａの外側と冷却促進部１１９Ｒのギャップ長を０.３mm に設定しても、口出し線の線径分はギャップ長が広がってしまうために実際のギャップ長は２mm程度になっていた。そのために反プーリ側の冷却促進部１１０Ｒの冷却効果は小さかった。
【００７６】
また、ロータの爪磁極側面に界磁巻線を通すための凹部を爪磁極を成型するときに爪磁極の数ほど設けることで、組立時に界磁巻線とロータ爪磁極の位置合わせを必要としないため量産性向上の効果がある。
【００７７】
また、使わない凹部はロータ外周に向かって放射状に配置されるため内扇ファンの機能を持たせることができるため、機内空気の攪拌が可能となり冷却促進の効果もある。
【００７８】
図８は、図７に示した車両用交流発電機１の縦断面図を示す。図７と同符号は同じものを示すため詳細な説明は省略する。
【００７９】
図７との違いはフロントブラケット１０３の固定子巻線１０６とほぼ同じ外径部に放熱用の開口部１２２を設けたものである。この開口部１２２は回転部分と直接接していないため異物が混入しても回転子が固着し難い利点がある。また、爪形磁極部による攪拌作用により機内の冷却に有効であることから、界磁巻線温度を低くすることが出来るため界磁巻線の信頼性向上効果及び爪磁極間に配置した永久磁石の高温減磁抑制効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】車両用交流発電機の縦断面図を示す。
【図２】整流回路の全体構成上面図を示す。
【図３】整流回路の全体構成上面図を示す。
【図４】ダイオード部分の縦断面図を示す。
【図５】ダイオード部分の縦断面図を示す。
【図６】車両用交流発電機の縦断面図を示す。
【図７】車両用交流発電機の縦断面図を示す。
【図８】車両用交流発電機の縦断面図を示す。
【符号の説明】
１…車両用交流発電機、１０４…ブラケット、１０７…界磁巻線、１０９…ダイオード、１１４…冷却水路、１１６…良熱伝導体、１１９…冷却促進部、121…ターミナル、１２２…開口部、２００…軸方向端部を構成する面、３００…回転子コア。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a vehicular AC generator, and more particularly to a cooling technique thereof.
[0002]
[Prior art]
As a conventional cooling technique for an automotive alternator, there is one disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 62-217837.
[0003]
In this publication, as a cooling method for the rectifier, it is disclosed that one side of the rectifier is disposed so as to be in contact with the water channel.
[0004]
In addition, as a method for cooling the field winding, for a brushless structure in which the field winding does not rotate, the field winding is directly brought into contact with a good heat conductor to release heat to the water channel through the good heat conductor. Is disclosed.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
Since the prior art is configured to cool the rectifier from one side, it is difficult to cool the heat generated at the terminal for connecting the diode and the stator coil and the lead portion of the diode. Therefore, there is a problem that even if the diode itself can be cooled, the Joule heat generated at the connecting portions (terminal, lead) cannot be cooled.
[0006]
In addition, since the cooling cover and the rectifier that constitute the water channel are configured independently in the above-described prior art, there is a problem that heat resistance is large when heat is transmitted from the rectifier through the cooling cover, and cooling efficiency is poor. .
[0007]
The first problem to be solved by the present invention is to efficiently cool Joule heat generated in a diode as a rectifying element, a terminal used in a connecting portion, and a lead portion of the diode.
[0008]
The second problem to be solved by the present invention is not a brushless structure AC generator in which the field winding does not rotate as in the above publication, but an AC generator in which the field winding rotates. Is to efficiently cool the Joule heat.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The present invention relates to a rotor having a field winding, a plurality of magnetic poles, a shaft having a pulley at one end thereof, and an AC to the stator winding by magnetizing the plurality of magnetic poles by the field winding. A stator for generating a voltage, a housing for fixing the stator, a water channel provided on the side opposite to the pulley of the housing and formed by covering a recess formed in the housing with a rear plate, and the water channel of the rear plate A plurality of rectifying elements that are arranged on the surface opposite to the rectifier and that rectifies the AC voltage generated in the stator winding, and a rear bracket that is fixed to the non-pulley side of the housing so as to cover the plurality of rectifying elements, An automotive alternator having a plurality of rectifying elements molded and a heat conductor provided between the rectifying elements and a rear bracket.
[0010]
Further, the present invention is characterized in that an opening having an outer diameter substantially the same as that of the stator winding is provided in at least one of the two brackets covering both sides of the stator and the rotor in the axial direction. .
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of an automotive alternator that constitutes an embodiment of the present invention.
[0014]
The vehicle alternator 1 includes two brackets, and the bracket includes a front bracket 103 and a non-pulley side rear bracket 104 arranged on the pulley 102 side.
[0015]
A shaft 101 is supported at the center of both brackets via a pulley-side bearing 100F and an anti-pulley-side bearing 100R, a pulley 102 is attached to one end of the shaft 101, and a slip ring is attached to the other end. 110 is attached.
[0016]
As described above, the pulley side bearing 100F is provided with the bearing retainer 120 on the front bracket 103 as a detent for the outer ring of the bearing.
[0017]
The pulley 102 is connected to a pulley disposed on the output shaft of the engine via a belt, and rotates in proportion to the rotational speed of the engine.
[0018]
A brush 111 is slidably attached to the slip ring 110, and power is supplied from the brush 111 to a field winding 107 described later via a field winding lead wire 107a.
[0019]
A rotor (rotor) is attached to the central portion of the shaft 101. A pair of claw-shaped magnetic pole portions 108 having a claw shape are arranged on the outer peripheral portion of the rotor core 300.
[0020]
A field winding 107 is wound around the center of the rotor, and the claw-shaped magnetic pole portion 108 is magnetized by passing a direct current from the slip ring 110 through the field winding 107.
[0021]
A permanent magnet 118 is disposed between the pair of claw-shaped magnetic pole portions 108, a good heat conductor 116 is disposed from the remaining space portion to the space portion of the field winding 107, and the claw-shaped magnetic pole portion 108 of the rotor. An anti-scattering cover 117 for preventing the good heat conductor 116 from jumping out is disposed on the outermost peripheral portion of the.
[0022]
A housing 115 containing a stator core 105 is disposed between the pulley-side front bracket 103 and the non-pulley-side rear bracket 104, and the inner peripheral surface of the stator core 105 is on the surface of the claw-shaped magnetic pole portion 108 of the rotor. The anti-scattering cover 117 is arranged at a slight distance (mechanical gap).
[0023]
This mechanical gap length is a predetermined interval required from the relationship of mechanical characteristics, and is generally about 0.4 to 0.6 mm. Teeth and slots are arranged in the stator core 105, and stator windings 106 are wound in three phases in slots corresponding to the recesses of the stator core 105, and claw-shaped magnetic pole portions 108 are driven by the engine. When rotated and magnetized, a three-phase induced voltage is generated in the stator winding 106.
[0024]
The stator core 105 is fixed to the inside of the housing 115 by a flare, but the gap and the coil end of the stator winding 106 in the slot of the stator core 105 are filled with a good heat conductor 116, and as a result. The stator core 105, the stator winding 106, and the housing 115 are integrally molded with a good heat conductor 116 and are thermally connected. The good thermal conductor described here is, for example, a silicon rubber-based material having a thermal conductivity higher than 1.0 (W / mK), an epoxy resin having a high thermal conductivity, or the like.
[0025]
The housing 115 is formed with a water channel 114 through which cooling water flows. Further, a water channel 114 for cooling the diode is also formed on the side opposite to the pulley of the housing 115. A rear plate 112 is disposed to block the cooling water channel 114 of the diode, and a diode module is disposed on the rear plate 112.
[0026]
A sealing material (not shown) for preventing water leakage is arranged between the housing 115 and the rear plate 112. The rear plate 112 is fixed to the housing 115 with screws by a rear bracket 104 disposed on the outside thereof.
[0027]
Inside the non-pulley side rear bracket 104, a diode plus fin 109a is formed on a diode minus fin 109b which is a diode module constituting a rectifier circuit via an insulating material, and the diode minus fin 109b is directly connected to the diode minus fin 109b. It is fixed to a rear plate 112 for sealing the cooling water channel 114.
[0028]
Further, the IC regulator 113 for adjusting the generated voltage is arranged so that the cooling surface is in contact with the rear bracket 104.
[0029]
The positive fin 109a of the diode is connected to the positive electrode of the battery (not shown), and the negative fin 109b of the diode is at the same potential as the main body of the vehicle alternator 1, and is electrically connected to the negative terminal side of the battery (not shown). Connected.
[0030]
These diodes convert the three-phase AC voltage generated in the stator winding 106 into a DC voltage by full-wave rectification.
[0031]
The IC regulator 113 controls the field winding current so that the DC voltage rectified by the diode for charging the battery is maintained at a constant voltage of about 14.3V.
[0032]
Further, the negative fin 109b of the diode, the positive fin 109a of the diode, and the terminal 121 for connecting the diode and the lead wire of the stator winding 106 are sealed by the good heat conductor 116 and the rear bracket 104 and the rear plate 112 are heated. Are connected to each other for good heat dissipation and have a waterproof effect.
[0033]
Of the casing members facing the surface 200 forming the axial end of the rotor core 300, the cooling promotion part 119F is disposed on the front bracket 103 and the cooling promotion part 119R is disposed on the opposite side of the housing 115 from the pulley. . The gap lengths g1 and g2 of the surface 200 that forms the axial end of the casing member and the rotor core 300 are about 0.3 mm to 1.0 mm.
[0034]
In the vehicular AC generator 1 configured as described above, when the pulley 102 is rotated by driving the engine, the shaft 101 rotates together with the slip ring 110 and the rotor, and the DC current from the brush 111 is generated inside the rotor. The field winding 107 is energized, and the field winding 107 operates to form an N pole and an S pole on each magnetic pole of the claw-shaped magnetic pole portion 108.
[0035]
The magnetic flux generated by the field winding 107 forms a magnetic circuit in which the magnetic flux output from the claw portion of the N-pole claw-shaped magnetic pole portion passes through the stator core 105 and returns to the claw portion of the S-pole claw-shaped magnetic pole portion. When magnetic flux of this magnetic circuit crosses the stator winding 106, a three-phase induced voltage is generated in the stator winding 106.
[0036]
This three-phase induced voltage is full-wave rectified and converted into a DC voltage by the diode group arranged on the previous diode plus fin 109a and minus fin 109b. This is achieved by controlling the field winding current with the IC regulator 113 so that the rectified DC voltage becomes a constant voltage of about 14.3V.
[0037]
The permanent magnets arranged between the claw magnetic poles described above are magnetized in the direction in which the same poles face each other between the claw magnetic poles, and are for increasing the effective magnetic flux passing through the stator winding.
[0038]
In this embodiment, since water cooling is adopted as a cooling method, a cooling effect can be expected even when power is generated at a low speed. Therefore, a highly heat-resistant neodymium magnet is adopted between the claw magnetic poles.
[0039]
Next, cooling of heat generation due to copper loss generated in the stator winding 106 will be described.
[0040]
As described above, the stator core 105 in which the stator winding 106 is disposed is fixed to the housing 115 by a flare so that heat can be easily transferred to the housing 115. Further, as described above, in order to improve heat dissipation of the stator winding 106, a heat dissipation path is formed with a resin having high thermal conductivity so that the stator winding 106 and the inner surface of the housing 115 are in thermal contact with each other. Provided.
[0041]
A plurality of holes pass through the outer periphery of the housing 115 in the axial direction, and the water channel is sealed by the front bracket 103 and the rear plate 112 to form a water channel in a zigzag shape. The cooling water is configured to flow in a zigzag channel on the outer peripheral surface of the housing 115, and can be cooled from the outer peripheral surface of the stator core 105.
Further, the heat generated by the copper loss of the field winding 107 generated inside the rotor is a cooling promotion portion that is in contact with the axial surface 200 of the rotor with a slight gap inside the front bracket 103 and the housing 115 on the side opposite to the pulley. 119 is a structure that can dissipate heat.
[0042]
In this way, by arranging the axial surface and the outer peripheral surface so as to be indirectly in contact with the water channel 114 through which the cooling water passes, the cooling of the entire rotor can be promoted.
[0043]
Although not shown, in the present invention, the even number of water channels arranged in the housing 115 is eight, and the water flow enters from the anti-pulley side and turns back at the front bracket 103, and flows to the anti-pulley side to the pulley side. It was made to come out from the non-pulley side after four reciprocations like folding.
[0044]
Thus, by setting the water channel to an even number, it is possible to provide water supply / drainage piping in the same direction, and the radiator hose 4 can be easily routed.
[0045]
In addition, the possibility of entanglement with the belt can be greatly reduced by arranging the hose joint for water supply / drainage on the side opposite to the pulley.
[0046]
In the above description, the IC regulator 113 is disposed on the rear bracket 104. However, the IC regulator 113 may be disposed so as to be in contact with the rear plate 112 that is in direct contact with the water channel 114, and the water temperature detection accuracy can be improved.
[0047]
Next, cooling of the diode as a rectifier will be described in detail with reference to FIG.
[0048]
As shown in FIG. 1, the diode of the full-wave rectifier circuit is composed of 6 diodes when the stator winding is △ -connected and 8 neutral diodes when Y-connected. The In the present embodiment, the Y connection will be described as an example.
[0049]
Four diodes U ⁻ , V ⁻ , N ⁻ and W ⁻ are press-fitted into the diode minus fin 109b in the diode minus fin 109b. Similarly, four diodes U ⁺ , V ⁺ , N ⁺ , and W ⁺ are press-fitted in the diode plus fin 109a. The diode plus fin 109a overlaps the diode minus fin 109b via the insulating material 109ab.
[0050]
Then, U of those diodes as is illustrated by dotted lines diode ^- diode lead 122 and the diode U ⁺ leads are connected by the terminal 121.
[0051]
The portion of the terminal that protrudes from the terminal fixing member is connected to the output line of the stator winding. Accordingly, the lead portion of U ⁻ of the diode corresponds to the cathode, and the side press-fitted into the fin serves as the anode. In the U ⁺ diode, the lead side corresponds to the anode, and the plus fin side corresponds to the cathode.
[0052]
The diode minus fin 109b, the insulating material 109ab, the plus fin 109a, the terminal 121, and the terminal fixing member 109t are integrally molded by a good heat conductor 116 that is an insulating material and has high thermal conductivity. Therefore, since it is excellent in waterproof properties and the internal voltage is insulated, it can be arranged in direct contact with the rear bracket as shown in FIG.
[0053]
The portions with the largest heat generation are the lead 122 portion and the terminal 121 portion of the diode having a high current density. In particular, since the terminal 121 is fixed by the terminal fixing member 109t and the heat dissipation is hindered, the temperature rise is greatest.
[0054]
In the measurement by experiment, the temperature of the terminal 121 was about 35 ° C. higher than the temperature of the diode. The temperature of the terminal could be lowered by about 60 ° C. by contacting the rear bracket with the good thermal conductor 116 as in this embodiment.
[0055]
In the present invention, the terminal 121 described above uses copper having a small specific resistance value. However, the same effect can be obtained by using a copper alloy obtained by mixing copper with another metal.
[0056]
Moreover, in order to raise cooling efficiency, it can achieve by using the same copper or copper alloy for the material of the plus fin and the minus fin which press-fit the diode.
[0057]
In the present invention, the terminal fixing member 109t is used to hold the terminal, but it may not be used.
[0058]
Next, a case where a negative element of a diode is arranged on the rear plate 112 will be described with reference to FIG.
[0059]
The difference from FIG. 2 is that the minus fin 109b of the diode is omitted and the minus element of the diode is directly press-fitted into the rear plate 112.
[0060]
A dotted line indicates a water channel blocked by the rear plate 112 and can cool the diode well.
[0061]
Thus, by directly attaching the negative element of the diode to the rear plate 112, the thermal resistance can be reduced, and the temperature rise of the diode can be lowered. In other words, the minus fin 109b of the diode is used as a member for closing the water channel.
[0062]
FIG. 4 shows a cross-sectional view of the embedded negative diode. As shown in FIG. 1, the structure is a member for sealing the water channel 114 in the cooling promotion portion 119 </ b> R disposed on the side opposite to the pulley of the housing 115.
[0063]
The rear plate 112 is omitted, and the negative side of the diode is disposed on the negative fin 109b of the diode. A plus fin 109a of a diode is disposed on the minus side fin 109b via an insulating material 109ab.
[0064]
The positive side of the diode is arranged on the positive fin 109 a of the diode, and the lead 122 of each diode is connected by a terminal 121.
[0065]
Thus, by omitting the rear plate 112, there is an effect that the thermal resistance from the diode to the water channel 114 and the contact thermal resistance between the rear plate 112, the rear plate 112, and the minus fin 109b can be reduced.
[0066]
FIG. 5 shows a case where not only the minus side diode but also the plus side diode are mixed in the rear plate 112.
[0067]
In this case, since it is necessary to electrically insulate the disk 109d of the plus-side diode, an insulating material 109ab is disposed on the outer periphery of the disk 109d. Needless to say, the insulating material 109ab has a good thermal conductivity. In FIG. 2, the diode plus fin is placed on the rear plate 112 over the diode minus fin 109b using the insulating material 109ab. However, as another method, the minus diode is directly attached to the rear plate 112. The plus fins can be directly fixed to the rear plate 112 via the insulating material 109ab.
[0068]
By doing so, the positive fin 109a of the diode can be in contact with the rear plate 112 close to the water channel only with an insulator, and good cooling can be achieved.
[0069]
FIG. 6 is a longitudinal sectional view of the vehicle alternator 1 shown in FIG. Since the same reference numerals as those in FIG. 1 denote the same components, detailed description thereof is omitted.
[0070]
The difference from FIG. 1 is that the bearing retainer 120 provided in the rotation stop of the outer ring of the bearing 100F disposed on the pulley side is omitted, and the cooling promoting portion 119F is enlarged to be shared with the bearing retainer. This cooling promotion part 119F is comprised with the aluminum member, and is fixed to the front bracket 103 with a screw | thread.
[0071]
As described above, the cooling promotion part 119F can be arranged up to the inner peripheral side of the rotor, so that the cooling of the field winding 107 of the rotor can be promoted. When the height of the cooling promotion part 119F provided on the front bracket 103 is H1, the winding height H2 of the field winding, and the height of the cooling promotion part 119R arranged on the opposite pulley side is H3, each cooling promotion part Is assumed to satisfy the following formula.
[0072]
H1 ≧ H2, H3 ≧ H2
Moreover, the gap lengths g1 and g2 of the butted surfaces are about 0.3 mm to 1.0 mm. This is because the heat dissipation effect of the field winding 107 is sufficiently secured.
[0073]
FIG. 7 shows a longitudinal sectional view of the vehicle alternator 1 shown in FIG. Since the same reference numerals as those in FIG. 6 denote the same components, detailed description thereof is omitted.
[0074]
The difference from FIG. 6 is that the lead wire 107a of the field winding 107 is provided with a groove on the side surface of the claw magnetic pole and the wiring is embedded in the recess. The lead wire 107a and the concave portion of the claw-shaped magnetic pole portion are fixed by varnish. Therefore, since the surface on the side opposite to the pulley of the rotor can be a flat surface, the effect of the cooling promoting portion 119R can be sufficiently exerted.
[0075]
In the case of FIG. 6, even if the gap length between the outside of the field winding lead wire 107a and the cooling promoting portion 119R is set to 0.3 mm, the wire length of the lead wire is increased because the gap length is increased. The gap length was about 2 mm. Therefore, the cooling effect of the cooling promoting portion 110R on the side opposite to the pulley is small.
[0076]
In addition, the number of claw magnetic poles when the claw magnetic poles are formed on the side surfaces of the claw magnetic poles of the rotor is set as many as the number of claw magnetic poles. This has the effect of improving mass productivity.
[0077]
In addition, since the concave portions that are not used are arranged radially toward the outer periphery of the rotor, the function of the internal fan can be provided, so that the air in the apparatus can be agitated and the cooling can be promoted.
[0078]
FIG. 8 shows a longitudinal sectional view of the vehicle alternator 1 shown in FIG. Since the same reference numerals as those in FIG. 7 denote the same components, detailed description thereof is omitted.
[0079]
The difference from FIG. 7 is that a heat radiating opening 122 is provided in the outer diameter portion substantially the same as the stator winding 106 of the front bracket 103. Since the opening 122 is not in direct contact with the rotating portion, there is an advantage that the rotor is not easily fixed even if foreign matter is mixed in. In addition, because it is effective for cooling in the machine by the stirring action by the claw-shaped magnetic pole part, the field winding temperature can be lowered, so the effect of improving the reliability of the field winding and the permanent magnet disposed between the claw magnetic poles High temperature demagnetization suppression effect.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of an automotive alternator.
FIG. 2 is a top view of the overall configuration of a rectifier circuit.
FIG. 3 is a top view of the overall configuration of a rectifier circuit.
FIG. 4 is a longitudinal sectional view of a diode portion.
FIG. 5 is a longitudinal sectional view of a diode portion.
FIG. 6 is a longitudinal sectional view of an automotive alternator.
FIG. 7 is a longitudinal sectional view of an automotive alternator.
FIG. 8 is a longitudinal sectional view of an automotive alternator.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Vehicle alternator, 104 ... Bracket, 107 ... Field winding, 109 ... Diode, 114 ... Cooling water channel, 116 ... Good heat conductor, 119 ... Cooling promotion part, 121 ... Terminal, 122 ... Opening part, 200... Surface constituting the axial end portion, 300... Rotor core.

Claims

A rotor having a field winding, a plurality of magnetic poles, and a shaft having a pulley at one end ;
A stator for generating an AC voltage in the stator winding by magnetizing a plurality of magnetic poles by the field winding,
And Ruha Ujingu to fix the stator,
A water passage formed on the side opposite to the pulley of the housing and formed by covering a recess formed in the housing with a rear plate;
A plurality of rectifying elements that are arranged on a surface of the rear plate opposite to the water channel and rectify an AC voltage generated in the stator winding;
A rear bracket fixed on the side opposite to the pulley of the housing so as to cover the plurality of rectifying elements;
Molding the plurality of rectifying elements, a thermal conductor provided between the rectifying elements and the rear bracket,
A vehicle alternator having

In the vehicle alternator according to claim 1,
The rectifying element is an AC generator for a vehicle that is in contact with the rear bracket via the thermal conductor.

In the vehicle alternator according to claim 1,
The rectifying element includes a positive electrode side rectifying element and a negative electrode side rectifying element,
An automotive alternator in which an insulating material for insulating the positive side rectifying element and the negative side rectifying element is provided on the rear plate.

In the vehicle alternator according to claim 3,
The rear plate is composed of a plus fin and a minus fin,
The positive fin rectifying element is provided on the plus fin, the negative rectifying element is provided on the minus fin, and the insulating material is provided between the plus fin and the minus fin.

In the vehicle alternator according to claim 1,
The vehicle alternator according to claim 1, wherein the housing is provided with a cooling promoting portion having a thickness equal to or larger than a winding thickness of the field winding.

In the vehicle AC generator according to claim 5,
A bearing for supporting the rotor shaft;
The AC generator for a vehicle, wherein the cooling promoting portion also serves as a retainer for the bearing.

In the vehicle AC generator according to claim 5,
The field winding has a lead wire;
The vehicle alternator according to claim 1, wherein the lead wire is embedded in a core side surface of the rotor.

In the vehicle alternator according to claim 1,
The rectifier element includes a terminal for electrically connecting the rectifier circuit and the stator winding,
The vehicle AC generator, wherein the terminal is made of copper or a copper alloy.

In the vehicle alternator according to claim 1,
A front bracket fixed to the pulley side of the housing;
An AC generator for a vehicle, characterized in that at least one of the two brackets of the rear bracket or the front bracket is provided with an opening having an outer diameter substantially the same as the winding of the stator. .