JP4306058B2

JP4306058B2 - 車両用交流発電機

Info

Publication number: JP4306058B2
Application number: JP34735599A
Authority: JP
Inventors: 礼吉金田
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1999-12-07
Filing date: 1999-12-07
Publication date: 2009-07-29
Anticipated expiration: 2019-12-07
Also published as: JP2001169510A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車等に搭載される車両用交流発電機に関し、特に内蔵される整流装置の冷却効率を高めた車両用交流発電機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、車両の高級化等に伴って車両の電気負荷は年々増加の傾向にあり、車両用交流発電機の高出力化が要求されているが、出力電流の増大はそのまま整流装置の温度上昇につながるため、放熱板の温度を低減する必要がある。
【０００３】
そこで、整流装置の高温化に対処するため、例えば特開平１０−５６７６０号公報によれば、整流器外周近傍の放熱板に貫通穴を設け、整流器に直接冷却風を当てて冷却効果を高める構造が知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、整流器からの発熱は発熱直後にその大部分が放熱板に熱伝導してしまうため、整流器を直接冷却するのみでは不充分であり、放熱板自体からの放熱性能を向上させないと冷却効率を更に高めることは難しい。
【０００５】
本発明の目的は、上記の点に鑑み、整流装置の放熱性能を更に向上できる車両用交流発電機を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記課題を解決するため、請求項１ないし請求項４に記載の技術的手段を採用する。
【０００７】
請求項１に記載の発明によれば、放熱板（１０、２０）の表面にフィン（１１、２１）を設けると共に、貫通穴（１ａ、２ａ）を設けたので、放熱板（１０、２０）の表面積が大きく増えるとともに、放熱板（１０、２０）に貫通穴（１ａ、２ａ）をあけない場合に比べて冷却風の通風性が良くなり、冷却風がフィン（１１、２１）および整流器（３）を積極的に冷却し、その結果、整流装置（Ｂ）の放熱性能が大幅に向上する。
【０００８】
放熱板（１０、２０）は、軸方向に沿った冷却風の流れに対してほぼ垂直に取り付けられているので、貫通穴（１ａ、２ａ）を通る冷却風の流れがスムーズになり、冷却風量が増加するため放熱性能を向上できる。
【０００９】
フィン（１１、２１）は、車両用交流発電機の回転軸（５０）より放射状に拡がる形状であるので、放熱板（１０、２０）の放熱面積が大幅に増加すると共に、放熱板（１０、２０）の中央側より外周側に向かう冷却風の流れがスムーズになり、通風抵抗が大幅に低減されて冷却風量が増加するため、放熱性能を更に向上できる。
さらに、フィン（１１、２１）は、軸方向に沿って冷却風を導入する吸入窓（３１）と対向する側の放熱板（１０、２０）の表面に放熱板（１０、２０）から突出して設けられ、軸方向に沿った冷却風がフィン（１１、２１）の側面に沿って流れることを特徴とする。
【００１０】
請求項２に記載の発明によれば、積み重ねた各放熱板（１０、２０）にあけられた複数個の貫通穴（１ａ、２ａ）を冷却風が流れるよう配置したので、冷却風が放熱板（１０、２０）のフィン（１１、２１）をくまなく流れ、効果的な冷却を行うので、放熱性能を大幅に向上できる。
【００１１】
請求項３に記載の発明によれば、積層構造の各放熱板（１０、２０）の各貫通穴（１ａ、２ａ）が冷却風の流れ方向に関して位置をずらして設けられているので、冷却風が放熱板（１０、２０）のフィン（１１、２１）をくまなく流れ、効果的な冷却を行うので、放熱性能を大幅に向上できる。例えば、冷却風の流れ方向は車両用交流発電機の軸方向として把握することができ、各貫通穴は径方向に、あるいは周方向にずらして設けることができる。
請求項４に記載の発明は、ステータコイル（５）と、吸入窓（３１）をもつリヤカバー（３０）と、ロータ（４０）のリヤ側のポールコア（４９）の端面に取り付け固定され、リヤ側から軸方向に沿って吸い込んだ冷却風を径方向に吐き出すための遠心式の冷却ファン（５２）とを備え、冷却ファン（５２）の回転によって冷却風は、２段目の放熱板（２０）から突出したフィン（２１）の側面に沿って流れ、その一部は２段目の放熱板（２０）に略直角にあけられた貫通穴（２ａ）を通って流れ、これらの過程で２段目の放熱板（２０）が冷却され、さらに冷却風は、１段目の放熱板（１０）から突出したフィン（１１）の側面に沿って流れ、その一部は１段目の放熱板（１０）に直角にあけられた貫通穴（１ａ）を通って流れ、これらの過程で１段目の放熱板（１０）が冷却され、冷却ファン（５２）によって外周方向に曲げられ、ステータコイル（５）を冷却して車両用交流発電機の外部へ放出されることを特徴とする。
【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（以下、オルタネータと称する）について図１〜図３により説明する。
【００１３】
図１は、本一実施形態のオルタネータの全体構造を示す部分側面断面図であり、一例として冷却ファンを内蔵するオルタネータの構造が示されている。同図に示すオルタネータＡは、ロータ４０、ステータ４１、ブラシ装置４２、整流装置Ｂ、ＩＣレギュレータ４３、ドライブフレーム４４、リヤフレーム４５、プーリ４６等を含んで構成されている。
【００１４】
ロータ４０は、同期発電機であるオルタネータＡの回転子であって、絶縁処理された銅線を円筒状かつ同心状に巻き回したロータコイル４７を、それぞれが６個の爪を有するポールコア４８、４９によって回転軸であるシャフト５０を通して両側から挟み込んだ構造を有している。また、フロント側（プーリ４６側）のポールコア４８の端面には、フロント側から軸方向に沿って吸い込んだ冷却風を軸方向および径方向に吐き出すために軸流式の冷却ファン５１が溶接等によって取り付け固定されている。同様に、リヤ側のポールコア４９の端面には、リヤ側から軸方向に沿って吸い込んだ冷却風を径方向に吐き出すために遠心式の冷却ファン５２が溶接等によって取り付け固定されている。また、シャフト５０のリヤ側にはロータコイル４７の両端に電気的に接続されたスリップリング５３、５４が形成されており、ブラシ装置４２内のブラシ５５、５６をスリップリング５３、５４のそれぞれに押し当てた状態で組み付けることにより、整流装置Ｂからロータコイル４７に対して励磁電流が流れるようになっている。
【００１５】
ステータ４１は、オルタネータＡの固定子であって、ステータコア５７に形成された複数個（例えば３６個）のスロットに３相のステータコイル５が所定の間隔で巻き回されている。
【００１６】
整流装置Ｂは、３相のステータコイル５の出力電圧である３相交流を整流して直流出力を得るためのものであり、配線用電極を内部に含む端子台４と、所定の間隔で固定される正極側放熱板１０および負極側放熱板２０と、それぞれの放熱板に半田付けによって取り付けられた複数個の整流器３とを含んで構成されている。そして両放熱板１０、２０は吸入窓３１から導入される冷却風の流れに対してほぼ垂直な関係に固定されている。整流装置Ｂの詳細については後述する。
【００１７】
ＩＣレギュレータ４３はロータコイル４７に流す励磁電流を制御するものであり、負荷が軽くて出力電圧が高くなる場合には、ロータコイル４７に対する電圧の印加を断続することにより、オルタネータＡの出力電圧を一定に保っている。プーリ４６はエンジン（図示せず）の回転をオルタネータＡ内のロータ４０に伝えるためのものであり、シャフト５０の一方端（スリップリング５３等と反対側）にナット５８によって締付け固定されている。また、ブラシ装置４２、整流装置ＢおよびＩＣレギュレータ４３を覆うようにリヤカバー３０が取り付けられている。
【００１８】
上述した構造を有するオルタネータＡは、ベルト等を介してプーリ４６にエンジンからの回転が伝えられるとロータ４０が所定方向に回転する。ロータコイル４７に外部から励磁電圧を印加することによりポールコア４８、４９のそれぞれの爪部が励磁され、ステータコイル５に３相交流電圧を発生させることができ、整流装置Ｂの出力端子からは所定の出力電流が取り出される。オルタネータＡの出力電圧はＩＣレギュレータ４３により調整される。
【００１９】
また、上述したロータ４０の回転に伴って、ポールコア４８の端面に取り付けられた冷却ファン５１が回転するため、ドライブフレーム４４のプーリ４６近傍の吸入窓を介して冷却風がオルタネータＡ内部に吸入され、この冷却風の軸方向成分によってロータコイル４７が冷却されるとともに、径方向成分によってステータコイル５のプーリ側半分が冷却される。同様に、ポールコア４９の端面に取り付けられた冷却ファン５２も回転するため、リヤカバー３０の吸入窓３１を介して吸入されたされた冷却風が、整流装置ＢおよびＩＣレギュレータ４３を冷却した後、冷却ファン５２近傍まで導かれ、この冷却風が径方向に排出されて、ステータコイル５のリヤ側半分が冷却される。
【００２０】
その際、積層された各放熱板（正極側放熱板１０と負極側放熱板２０）に設けた貫通穴１ａ、２ａが、冷却風の概略軸方向に沿った流れ方向に関して位置を互い違いにずらしてあり、冷却風がこの貫通穴１ａ、２ａを互い違い（ジグザグ状）に通過する関係上、冷却風が各放熱板１０、２０と接触する時間が長くなり、放熱性能を向上できる。
【００２１】
図２は、上述した整流装置Ｂの詳細形状を示す斜視図である。また、図３は図２中のIII −III 断面図である。これらの図に示すように、整流装置Ｂは、回転軸方向に所定の間隔を有するとともに互いに径方向に部分的に重なった正極側放熱板１０と負極側放熱板２０を有している。正極側放熱板１０の外径は、負極側放熱板２０の外径よりも大きく設定されており、リヤカバー３０の吸入窓３１を通して導入された空気の一部が負極側放熱板２０を通った後に正極側放熱板１０に導かれるとともに、空気の他の一部が負極側放熱板２０を介さずに直接正極側放熱板１０に導かれるようになっている。また、正極側放熱板１０の一部にはオルタネータＡの出力を外部に取り出す出力端子３２が圧入等によって取り付け固定されている。
【００２２】
正極側放熱板１０は、凹部に整流器３が半田付けされた４個のへこみ３３を有している。同様に、負極側放熱板２０は、整流器３が半田付けされる４個のへこみ３４を有している。例えば、これら各放熱板１０、２０は、所定の板厚を有する熱伝導性の良いアルミニウム板や銅板等の金属板を成形（ダイカスト、板金等）することにより、所定の外形形状に形成される。なお、放熱板１０、２０のそれぞれに形成した整流器３を設置するへこみ３３、３４の数を各々４個としたが、ステータコイル５で発生した３相交流を整流する場合にはそれぞれ３個の整流器３があれば充分であるため、整流器３を設置するへこみ３３、３４の数をそれぞれ３個に設定してもよい。
【００２３】
また、貫通穴１ａ、２ａは金属板の成形時に同時形成するか、あるいはプレスや切削によって形成してもよい。
【００２４】
冷却風を導入する吸入窓３１と対向する側の正極側放熱板１０および負極側放熱板２０の表面には、放熱用のフィン１１、２１がオルタネータＡの回転軸５０側より外周側に向けて放射状に拡がる形状としてある。それによって、吸入窓３１から導入した冷却風が中央側より外周側に向けてスムーズに流れ、また貫通穴１ａ、２ａの部分にも冷却風をスムーズに導くことが可能になる。
【００２５】
次に上記構成による作動を説明する。
【００２６】
図１〜図３において、リヤ側のポールコア４９に固定された遠心式の冷却ファン５２の回転によって冷却風は、図１のオルタネータＡの後方下部から吸い込まれて矢印のように流れる。冷却風は、２段目の放熱板２０から突出したフィン２１の側面に沿って流れ、その一部は２段目の放熱板２０に略直角にあけられた貫通穴２ａを通って流れる。これらの過程で２段目の放熱板２０が冷却される。さらに冷却風は、１段目の放熱板１０から突出したフィン１１の側面に沿って流れ、その一部は１段目の放熱板１０に直角にあけられた貫通穴１ａを通って流れる。これらの過程で１段目の放熱板１０が冷却される。冷却風は、矢印のように冷却ファン５２によって外周方向に曲げられ、ステータコイル５を冷却して車両用交流発電機の外部へ放出される。
【００２７】
図２及び図３において、２枚の放熱板１０、２０を積み重ねると共に、貫通穴１ａ、２ａを各放熱板１０、２０に複数個あけたので、放熱面積が増加すると共に、放射状のフィン１１、２１と複数の貫通穴１ａ、２ａとの相互作用により、フィン１１、２１および貫通穴１ａ、２ａを通る冷却風の流れがスムーズになり、通風抵抗をあまり増加させることなしに冷却性能を向上できる。
【００２８】
また、積み重ねた２枚の各放熱板１０、２０にあけられた複数個の貫通穴１ａ、２ａを、冷却風がジグザグ状に流れるよう互い違いに配置したので、冷却風が放熱板１０、２０のフィン１１、２１をくまなく流れ、冷却風が放熱板と接触する時間が長くなるので、冷却効率（放熱性能）が大幅に向上する。
【００２９】
また、本実施形態ではフィンは放射状に設けられているが、フィンが平行で回転軸５０から半径方向外方に流れる冷却風の流れにほぼ沿う方向に形成してもよい。
【００３０】
図４は、正極側放熱板１０および負極側放熱板２０に設けた貫通穴１ａ、２ａの両方を冷却風の流れに対して直線的になるように一致させた場合の実施形態である。
【００３１】
貫通穴１ａ、２ａを冷却風が直線的に流れるので、整流器３を冷却する能力は少し下がるが、冷却風の流れがスムーズになり、冷却風がジグザグ状に流れる場合よりも通風抵抗が小さくなるので冷却風量の増大が可能となり、整流装置Ｂの冷却性能向上とステータコイル５の冷却性能向上との両立を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態のオルタネータの全体構造を示す部分側面断面図である。
【図２】本発明の一実施形態に関するものであり、図１中の整流装置を取り出して示した斜視図である。
【図３】本発明の一実施形態に関するものであり、図２中の断面III −III で切断した断面図である。
【図４】本発明の他の実施形態のオルタネータの整流装置周辺部を示す部分側面断面図である。
【符号の説明】
１ａ、２ａ貫通穴
３整流器
１０、２０放熱板（１０：正極側放熱板、２０：負極側放熱板）
１１、２１フィン
３１吸入窓
５０回転軸
Ａ車両用交流発電機
Ｂ整流装置

Claims

冷却風の流れの中にほぼ垂直に取り付けられた放熱板（１０、２０）と、この放熱板（１０、２０）の一方の面に取り付けられた整流器（３）とを含む整流装置（Ｂ）を備えた車両用交流発電機において、
前記放熱板（１０、２０）の表面にフィン（１１、２１）を設けると共に、
前記放熱板（１０、２０）に貫通穴（１ａ、２ａ）を設けており、
前記放熱板（１０、２０）は、軸方向に沿った冷却風の流れに対してほぼ垂直に取り付けられており、
前記フィン（１１、２１）は、交流発電機の回転軸（５０）より放射状に拡がる形状であって、
さらに、前記フィン（１１、２１）は、軸方向に沿って冷却風を導入する吸入窓（３１）と対向する側の前記放熱板（１０、２０）の表面に前記放熱板（１０、２０）から突出して設けられ、軸方向に沿った冷却風が前記フィン（１１、２１）の側面に沿って流れることを特徴とする車両用交流発電機。
前記放熱板（１０、２０）は、正極側放熱板（１０）及び負極側放熱板（２０）を有し、各放熱板（１０、２０）に前記貫通穴（１ａ、２ａ）を複数設けると共に、各放熱板（１０、２０）を重ねて積層構造とした請求項１に記載の車両用交流発電機。
積層構造の前記各放熱板（１０、２０）の前記各貫通穴（１ａ、２ａ）が前記冷却風の流れ方向に関して位置をずらして設けられていることを特徴とする請求項２に記載の車両用交流発電機。
ステータコイル（５）と、
前記吸入窓（３１）をもつリヤカバー（３０）と、
ロータ（４０）のリヤ側のポールコア（４９）の端面に取り付け固定され、リヤ側から軸方向に沿って吸い込んだ冷却風を径方向に吐き出すための遠心式の冷却ファン（５２）とを備え、
前記冷却ファン（５２）の回転によって冷却風は、２段目の前記放熱板（２０）から突出した前記フィン（２１）の側面に沿って流れ、その一部は２段目の前記放熱板（２０）に略直角にあけられた前記貫通穴（２ａ）を通って流れ、これらの過程で２段目の前記放熱板（２０）が冷却され、さらに冷却風は、１段目の前記放熱板（１０）から突出した前記フィン（１１）の側面に沿って流れ、その一部は１段目の前記放熱板（１０）に直角にあけられた前記貫通穴（１ａ）を通って流れ、これらの過程で１段目の前記放熱板（１０）が冷却され、前記冷却ファン（５２）によって外周方向に曲げられ、前記ステータコイル（５）を冷却して車両用交流発電機の外部へ放出されることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の車両用交流発電機。