JP4340305B2 - 車両用交流発電機 - Google Patents

Description

この発明は、車両用交流発電機に関し、特に、整流器の冷却構造に関するものである。

従来の車両用交流発電機では、正極側の一方向導通素子と負極側の一方向導通素子とが回転軸と直交するほぼ同じ平面上に位置するように正極側冷却板と負極側冷却板とに支持され、冷却用フィンが一方の冷却板の一方向導通素子が支持された側と反対側に突出するように形成され、他方の冷却板がケーシング部材に固着され、冷却ファンにより冷却用フィンを冷却するようにしていた（例えば、特許文献１参照）。

特許第１３３４２９７８号公報

従来の車両用交流発電機においては、正極側冷却板と負極側冷却板とが径方向に並んで配設されているので、下記の不具合が生じ、整流装置の効果的な冷却ができなかった。
まず、冷却ファンの回転により通風孔から吸入された冷却風は、正極側冷却板と負極側冷却板との間の隙間、および内側に位置する冷却板とベアリングボックスとの間の隙間を通って冷却ファンに到達する。これら２箇所の隙間は、冷却風が通過する風路として十分な断面積が確保されておらず、冷却風流入時の風路断面積の縮小による圧力損失が生じてしまう。
また、通風孔から冷却ファンに至る冷却風流通路が正極側冷却板および負極側冷却板により分断される。これにより、冷却風の一部が冷却用フィン間を通過することなく外部に排出され、冷却用フィン間を通過する冷却風風量が冷却ファンの吸排気量に比べて少なくなる。
また、内側の冷却板の設置スペースが狭くなるので、冷却用フィンの枚数が少なくなり、放熱面積が少なくなる。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、冷却板の配置を工夫すると共に、放熱フィンを冷却風流通路の冷却ファンの下流側に位置させて、整流器の冷却性を向上する車両用交流発電機を得ることを目的とする。

この発明に係る車両用交流発電機は、回転軸に固着された回転子と、上記回転軸を回転自在に支持して上記回転子を内包するケースと、上記ケースに保持されて上記回転子を囲繞する円筒状の固定子鉄心および該固定子鉄心に装着された固定子コイルからなる固定子と、円弧平板状の正極側基部を有する正極側ヒートシンク、該正極側基部の表面に実装された正極側整流素子、円弧平板状の負極側基部を有する負極側ヒートシンク、および該負極側基部の表面に実装された負極側整流素子を有し、該正極側ヒートシンクおよび該負極側ヒートシンクが該正極側基部および該負極側基部の表面を相対して軸方向に離間して上記ケース内の上記回転子の一側に配設されている整流器と、上記回転子の一側端面に固着された冷却ファンと、とを備えている。上記ケースには、吸気孔が上記正極側ヒートシンクおよび上記負極側ヒートシンクの上記回転子と反対側に配設されたヒートシンクに臨むように穿設され、かつ排気孔が上記冷却ファンの径方向外方に位置するように穿設され、上記正極側ヒートシンクおよび上記負極側ヒートシンクの上記回転子側に配設されたヒートシンクには、複数の放熱フィンがその基部の裏面に突設されている。上記回転子側に配設されたヒートシンクは上記複数の放熱フィンを上記冷却ファンの径方向外方に位置させて配設され、かつ上記複数の放熱フィンは、それぞれ上記回転子の回転中心から径方向に延びる直線に対して回転方向の前方に傾斜して、周方向に配列され、上記冷却ファンから流出する冷却風が上記複数の放熱フィン間を通過する。

この発明によれば、正極側ヒートシンクと負極側ヒートシンクとが正極側基部と負極側基部との表面を相対して軸方向に離間して配設されているので、正極側ヒートシンクおよび負極側ヒートシンクの内径側のスペースが拡大される。そこで、冷却ファンの回転により吸気孔から吸入された冷却風は、正極側ヒートシンクとベアリングボックスとの間の拡大された隙間を通って冷却ファンに到達するので、圧力損失が小さくなり、冷却ファンが給排気する冷却風量を増やすことができる。また、正極側ヒートシンクおよび負極側ヒートシンクが吸気孔から冷却ファンに至る冷却風流通路を分断しないので、放熱フィン間を通過する冷却風量が多くなる。さらに、正極側基部および負極側基部が外径側に配置されるので、放熱フィンの設置スペースが拡大し、放熱面積を増やすことができる。
放熱フィンが冷却ファンの径方向外方に位置しているので、冷却ファンから流出した高速の冷却風が放熱フィン間を流通し、放熱性能が向上される。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係る車両用交流発電機の全体構成を示す断面図、図２はこの発明の実施の形態１に係る車両用交流発電機における冷却風の流れを説明する要部断面図である。

図１において、車両用交流発電機は、それぞれ略椀形状のアルミニウム製のフロントブラケット１とリヤブラケット２とからなるケース３と、フロントブラケット１およびリヤブラケット２の軸心位置に設けられたベアリングボックス４，５に収納された軸受６，７に回転自在に支持された回転軸８と、ケース３のフロント側に延出する回転軸８の一端に固着されたプーリ９と、この回転軸８に固着されてケース３内に回転自在に配設されたクローポール型回転子１０と、この回転子１０を囲繞するようにケース３の内壁面に保持された固定子１１と、固定子１１の固定子コイル１９に電気的に接続され、固定子コイル１９で生じた交流を直流に整流する整流器１２と、固定子コイル１９で生じた交流電圧の大きさを調整する電圧調整器１３と、を備えている。

回転子１０は、電流を流して磁束を発生する界磁コイル１５と、界磁コイル１５を覆って設けられ、その磁束によって磁極が形成されるポールコア１６と、を有している。回転軸８がポールコア１６の軸心位置に挿通、固着され、冷却ファン１７ａ，１７ｂがポールコア１６の軸方向両端面に固着されている。

固定子１１は、フロントブラケット１とリヤブラケット２とに挟持されて回転子１０を囲繞するように配置された固定子鉄心１８と、この固定子鉄心１８に装着された固定子コイル１９と、を備えている。ここで、回転子１０の回転により、回転磁界が固定子コイル１９に与えられ、起電力が固定子コイル１９に発生する。

整流器１２は、複数の正極側整流素子２３ａが実装された正極側ヒートシンク２０と、複数の負極側整流素子２３ｂが実装された負極側ヒートシンク２１と、サーキットボード２２と、を備えている。正極側ヒートシンク２０は、アルミニウムなどの良熱伝導材で作製され、円弧平板状の基部２０ａと、それぞれ基部２０ａの裏面から垂直に突設され、かつ基部２０ａの裏面内周側および外周側に径方向に延設されて、基部２０ａの裏面に放射状に配設された放熱フィン２０ｂと、を有する。負極側ヒートシンク２１は、アルミニウムなどの良熱伝導材で作製され、円弧平板状の基部２１ａと、それぞれ基部２１ａの裏面から垂直に突設され、かつ基部２１ａの裏面外周側に径方向に延設されて、基部２１ａの裏面に放射状に配設された放熱フィン２１ｂと、を有する。複数の正極側および負極側整流素子２３ａ，２３ｂが基部２０ａ，２１ａのそれぞれの表面に周方向に並んで実装され、サーキットボード２２により整流回路を構成するように接続される。

負極側ヒートシンク２１は、基部２１ａの表面を回転軸８の軸心と直交する平面上に位置させて、基部２１ａの裏面を回転子１０側に向けて、かつ放熱フィン２１ｂを固定子コイル１９のコイルエンド１９ｂと相対して冷却ファン１７ｂの径方向外方に位置させて、基部２１ａの円弧中心を回転軸８に軸心に略一致させて、リヤブラケット２内に配設されている。正極側ヒートシンク２０は、基部２０ａの表面を回転軸８の軸心と直交する平面上に位置させて、基部２０ａの表面を回転子１０側に向けて、かつ基部２０ａを基部２１ａと相対して基部２１ａのリヤ側に位置させて、基部２０ａの円弧中心を回転軸８に軸心に略一致させて、リヤブラケット２内に配設されている。

フロントブラケット１には、吸気孔１ａがベアリングボックス４周りに穿設され、排気孔１ｂが冷却ファン１７ａの径方向外方に穿設されている。リヤブラケット２には、吸気孔２ａが正極側ヒートシンク２０に面するように穿設され、排気孔２ｂが冷却ファン１７ｂの径方向外方に穿設されている。

このように構成された車両用交流発電機では、まず、電流がバッテリ（図示せず）からブラシ１４およびスリップリング（図示せず）を介して回転子１０の界磁コイル１５に供給され、磁束が発生される。この磁束により、磁極がポールコア１６に形成される。一方、エンジンの回転トルクがエンジンの出力軸からベルト（図示せず）およびプーリ９を介して回転軸８に伝達され、回転子１０が回転される。そこで、回転磁界が固定子１１の固定子コイル１９に与えられ、起電力が固定子コイル１９に発生する。この交流の起電力が整流器１２で直流電流に整流されて、バッテリを充電し、あるいは電気負荷に供給される。また、この固定子１１で生じた交流電圧の大きさが電圧調整器１３で調整される。

冷却ファン１７ａ、１７ｂが回転子１０の回転に連動して回転される。これにより、リヤ側では、図２に矢印で示されるように、冷却風が吸気孔２ａからリヤブラケット２内に吸気される。この冷却風は、正極側ヒートシンク２０の放熱フィン２０ｂ間を通って径方向内側に流れ、その後回転軸８に沿って回転子１０側に流れる。また、冷却風は、正極側ヒートシンク２０と負極側ヒートシンク２１との間を通って径方向内側に流れる。そして、回転子１０まで流れた冷却風は、冷却ファン１７ｂにより遠心方向に曲げられる。そして、冷却風の一部が、負極側ヒートシンク２１の放熱フィン２１ｂ間を通って径方向外方に流れ、排気孔２ｂから排気される。また、冷却風の残りが固定子コイル１９のコイルエンド１９ｂを冷却し、排気孔２ｂから排気される。これにより、整流器１２の正極側および負極側整流素子２３ａ，２３ｂで発生した熱は、放熱フィン２０ｂ、２１ｂ間を流通する冷却風に吸熱され、正極側および負極側整流素子２３ａ，２３ｂの温度上昇が抑えられる。

また、フロント側では、冷却風が吸気穴１ｂからフロントブラケット１内に吸気され、冷却ファン１７ａにより遠心方向に曲げられ、固定子コイル１９のコイルエンド１９ａを冷却した後、排気孔１ｂから排気される。これにより、固定子コイル１９で発生した熱は、冷却風に吸熱され、固定子１１の温度上昇が抑えられる。

この実施の形態１によれば、負極側ヒートシンク２１が放熱フィン２１ｂを冷却ファン１７ｂの径方向外方に位置するようにリヤブラケット２内に配設され、正極側ヒートシンク２０が負極側ヒートシンク２１と相対して軸方向のリヤ側に位置するようにリヤブラケット２内に配設されている。そこで、正極側および負極側ヒートシンク２０，２１とベアリングボックス５との間の隙間が拡大され、冷却ファン１７ｂの回転により形成される冷却風通風路における圧力損失が低減され、冷却ファン１７ｂが吸排気する冷却風量を増やすことができる。冷却ファン１７ｂの回転により形成される冷却風通風路が正極側および負極側ヒートシンク２０，２１により分断されず、放熱フィン２０ｂ，２１ｂを通過する冷却風量が増大される。正極側および負極側ヒートシンク２０，２１がリヤブラケット２内の外周側に配設されているので、放熱フィン２０ｂ，２１ｂの設置スペースが広くなり、フィン枚数が増大し、放熱面積を大きくすることができる。

また、放熱フィン２１ｂが冷却ファン１７ｂの径方向外方に位置している。つまり、放熱フィン２１ｂが冷却風通風路の冷却ファン１７ｂの下流側に近接して配置している。冷却ファン１７ｂの下流近傍では、冷却風の流速は、冷却ファン１７ｂの回転速度とほぼ等しくなっている。冷却ファン１７ｂの回転速度は、冷却ファン１７ｂから離れた冷却風通風路を流通する冷却風の流速の数倍の速度を有している。そこで、冷却ファン１７ｂの下流側に近接して配設されている放熱フィン２１ｂ間には、高速の冷却風が流通し、放熱性能が向上される。
また、放熱フィン２１ｂが冷却風通風路の冷却ファン１７ｂの下流側に近接して配置しているので、冷却ファン１７ｂが吸気した冷却風のほぼ全量が放熱フィン２１ｂ間を流通することになり、放熱性能が向上される。

また、固定子コイル１９のコイルエンド１９ｂと放熱フィン２１ｂとが相対して冷却風通風路の冷却ファン１７ｂの下流側に近接して配置しているので、固定子コイル１９のコイルエンド１９ｂと放熱フィン２１ｂとが同時に冷却され、固定子１１と整流器１２とを効果的に冷却することができる。

実施の形態２．
図３はこの発明の実施の形態２に係る車両用交流発電機の整流器周りを示す要部断面図である。
図３において、正極側ヒートシンク２０Ａは、放熱フィン２０ｂがそれぞれ基部２０ａの表面から垂直に突設され、かつ基部２０ａの表面内周側および外周側に径方向に延設されて、基部２０ａの表面に放射状に配設されている。そして、正極側整流素子２３ａが内周側に配列された放熱フィン２０ｂと外周側に配列された放熱フィン２０ｂとの間の位置で基部２０ａの表面に周方向に並んで実装されている。そして、正極側ヒートシンク２０Ａは、表面側を負極側ヒートシンク２１に向けてリヤブラケット２内に配設されている。なお、他の構成は上記実施の形態１と同様に構成されている。
従って、この実施の形態２においても、上記実施の形態１と同様の効果が得られる。

実施の形態３．
図４はこの発明の実施の形態３に係る車両用交流発電機の整流器周りを示す要部断面図である。
図４において、正極側ヒートシンク２０Ｂは、放熱フィン２０ｂがそれぞれ基部２０ａの内周側端面から垂直に径方向に突設され、かつ基部２０ａの内周側端面に軸方向に延設されて、基部２０ａの内周側端面に放射状に配設されている。そして、正極側整流素子２３ａが基部２０ａの表面に周方向に並んで実装されている。そして、正極側ヒートシンク２０Ｂは、表面側を負極側ヒートシンク２１に向けてリヤブラケット２内に配設されている。なお、他の構成は上記実施の形態１と同様に構成されている。

従って、この実施の形態３においても、上記実施の形態１と同様の効果が得られる。
この実施の形態３によれば、放熱フィン２０ｂが基部２０ａの内周側端面から径方向内方に突設されているので、車両用交流発電機の軸方向長さを縮小することができ、車両用交流発電機の小型化が図られる。

なお、上記実施の形態１〜３では、正極側ヒートシンクに放熱フィンを設けるものとしているが、放熱フィンを省略し基部のみで正極側ヒートシンクを構成してもよい。
また、上記実施の形態１〜３では、放熱フィンが冷却風通風路の冷却ファン１７ｂの下流側近傍に位置するように負極側ヒートシンクを配設するものとしているが、放熱フィンが冷却風通風路の冷却ファン１７ｂの下流側近傍に位置するように正極側ヒートシンクを配設してもよい。

実施の形態４．
図５はこの発明の実施の形態４に係る車両用交流発電機の整流器周りを示す要部断面図である。
図５において、正極側ヒートシンク２４は、アルミニウムなどの良熱伝導材で作製され、円弧平板状の基部２４ａと、それぞれ基部２４ａの裏面から垂直に突設され、かつ基部２４ａの裏面外周側に径方向に延設されて、基部２４ａの裏面に放射状に配設された放熱フィン２４ｂと、を有する。負極側ヒートシンク２５は、アルミニウムなどの良熱伝導材で作製された円弧平板状の基部２５ａのみから構成されている。複数の正極側および負極側整流素子２３ａ，２３ｂが基部２４ａ，２５ａのそれぞれの表面に周方向に並んで実装され、サーキットボード２２により整流回路を構成するように接続される。

正極側ヒートシンク２４は、基部２４ａの表面を回転軸８の軸心と直交する平面上に位置させて、基部２４ａの裏面を回転子１０側に向けて、かつ放熱フィン２４ｂを固定子コイル１９のコイルエンド１９ｂと相対して冷却ファン１７ｂの径方向外方に位置させて、基部２４ａの円弧中心を回転軸８に軸心に略一致させて、リヤブラケット２内に配設されている。負極側ヒートシンク２５は、基部２５ａの表面を排気孔２ｂ側に向けて、基部２５ａの内周側端面をリヤブラケット２の外周壁面に固定されている。
なお、他の構成は上記実施の形態１と同様に構成されている。

この実施の形態４によれば、冷却風が、冷却ファン１７ｂの回転により、吸気孔２ａからリヤブラケット２内に吸入され、冷却ファン１７ｂにより遠心方向に曲げられる。そして、冷却風の一部が、正極側ヒートシンク２４の放熱フィン２４ｂ間を通って径方向外方に流れ、排気孔２ｂから排気される。また、冷却風の残りが固定子コイル１９のコイルエンド１９ｂを冷却し、排気孔２ｂから排気される。
また、負極側整流素子２３ｂでの発熱は、負極側ヒートシンク２５の基部２５ａを介してリヤブラケット２に伝達され、リヤブラケット２の表面から放熱される。

従って、この実施の形態４においても、上記実施の形態１と同様の効果が得られる。
この実施の形態４によれば、正極側ヒートシンク２４のリヤ側に負極側ヒートシンクを配設する必要がないので、冷却風通風路の断面積が大きくなり、冷却風量を大きくできるとともに、車両用交流発電機の軸方向寸法を縮小することができる。

なお、上記実施の形態４では、負極側整流素子２３ｂを負極側ヒートシンク２５を介してリヤブラケット２の外壁面に取り付けるものとしているが、負極側整流素子２３ｂをリヤブラケット２の外壁面に直接取り付けてもよい。この場合、部品点数が削減され、組立工程が簡素化される。

実施の形態５．
図６はこの発明の実施の形態５に係る車両用交流発電機の整流器周りを示す要部断面図である。

図６において、正極側ヒートシンク２４は、アルミニウムなどの良熱伝導材で作製され、円弧平板状の基部２４ａと、それぞれ基部２４ａの裏面から垂直に突設され、かつ基部２４ａの裏面外周側に径方向に延設されて、基部２４ａの裏面に放射状に配設された放熱フィン２４ｂと、を有する。そして、複数の正極側整流素子２３ａが基部２４ａの表面に周方向に並んで実装されている。負極側ヒートシンク２６は、アルミニウムなどの良熱伝導材で作製された円弧平板状の基部２６ａと、それぞれ基部２６ａの表面から垂直に突設され、かつ基部２６ａの表面内周側および外周側に径方向に延設されて、基部２６ａの表面に放射状に配設され放熱フィン２６ｂと、を有する。そして、複数の負極側整流素子２３ｂが内周側に配列された放熱フィン２６ｂと外周側に配列された放熱フィン２６ｂとの間の位置で基部２６ａの表面に周方向に並んで実装されている。そして、基部２４ａ，２６ａの表面に実装された正極側および負極側整流素子２３ａ，２３ｂが、サーキットボード２２により整流回路を構成するように接続される。

正極側ヒートシンク２４は、基部２４ａの表面を回転軸８の軸心と直交する平面上に位置させて、基部２４ａの裏面を回転子１０側に向けて、かつ放熱フィン２４ｂを固定子コイル１９のコイルエンド１９ｂと相対して冷却ファン１７ｂの径方向外方に位置させて、基部２４ａの円弧中心を回転軸８に軸心に略一致させて、リヤブラケット２内に配設されている。負極側ヒートシンク２６は、基部２６ａの表面を回転軸８の軸心と直交する平面上に位置させて、基部２６ａの表面を回転子１０側に向けて、かつ基部２６ａを基部２４ａと相対して基部２４ａのリヤ側に位置させて、基部２６ａの円弧中心を回転軸８に軸心に略一致させて、良熱伝導性を有する部材２７を介在させてリヤブラケット２の内壁面に取り付けられている。良熱伝導性を有する部材２７としては、高熱伝導率を有するグリースや樹脂、或いは放熱シートを用いることができる。
なお、他の構成は上記実施の形態１と同様に構成されている。

この実施の形態５によれば、冷却風が、冷却ファン１７ｂの回転により、吸気孔２ａからリヤブラケット２内に吸入され、放熱フィン２６ｂ間を通って内周側に流れ、回転軸８に沿って回転子１０側に流れた後、冷却ファン１７ｂにより遠心方向に曲げられる。そして、冷却風の一部が、正極側ヒートシンク２４の放熱フィン２４ｂ間を通って径方向外方に流れ、排気孔２ｂから排気される。また、冷却風の残りが固定子コイル１９のコイルエンド１９ｂを冷却し、排気孔２ｂから排気される。

従って、この実施の形態５においても、上記実施の形態１と同様の効果が得られる。
この実施の形態５によれば、基部２６ａが良熱伝導性を有する部材２７を介してリヤブラケット２の内壁面に取り付けられているので、負極側整流素子２３ｂでの発熱は基部２６ａおよび良熱伝導性を有する部材２７を介してリヤブラケット２に伝達され、リヤブラケット２の表面から放熱される。その結果、放熱フィン２６ｂからの放熱効果に、リヤブラケット２の表面からの放熱効果が加わるので、放熱性能が向上される。

実施の形態６．
この実施の形態６では、図７に示されるように、平板状のリブ２８がリヤブラケット２の吸気部に設けられている。
なお、他の構成は上記実施の形態５と同様に構成されている。

この実施の形態６によれば、リブ２８がリヤブラケット２の吸気部に設けられているので、リヤブラケット２の表面積が増大し、リヤブラケット２の表面からの放熱が促進され、放熱性能が更に向上される。
なお、リブ２８の形状は平板状のものに限定されるものではなく、棒状でもよい。

実施の形態７．
この実施の形態７では、図８に示されるように、負極側ヒートシンク２６Ａは、放熱フィン２６ｂの基部２６ａからの突出高さを低くしている。
なお、他の構成は上記実施の形態５と同様に構成されている。

この実施の形態７によれば、リヤブラケット２の表面からの放熱効果があるので、放熱フィン２６ｂの放熱面積を縮小することができる。その結果、圧力損失を低減でき、冷却ファン１７ｂが吸気する冷却風量を増やすことができるとともに、車両用交流発電機の軸方向長さを縮小することができる。

実施の形態８．
この実施の形態８では、図９に示されるように、負極側ヒートシンク２６Ｂは、放熱フィン２６ｂがそれぞれ基部２６ａの内周側端面から垂直に径方向に突設され、かつ基部２６ａの内周側端面に軸方向に延設されて、基部２６ａの内周側端面に放射状に配設されている。そして、負極側整流素子２３ｂが基部２６ａの表面に周方向に並んで実装されている。そして、負極側ヒートシンク２６Ｂは、基部２６ａの表面を回転軸８の軸心と直交する平面上に位置させて、基部２６ａの表面を回転子１０側に向けて、かつ基部２６ａを基部２４ａと相対して基部２４ａのリヤ側に位置させて、基部２６ａの円弧中心を回転軸８に軸心に略一致させて、良熱伝導性を有する部材２７を介在させてリヤブラケット２の内壁面に取り付けられている。
なお、他の構成は上記実施の形態５と同様に構成されている。

この実施の形態８によれば、放熱フィン２６ｂが基部２６ａの内周端面から径方向内方に突出しているので、車両用交流発電機の軸方向長さを縮小することができる。
なお、上記実施の形態５〜８では、放熱フィン２６ｂを基部２６ａに設けるものとしているが、放熱フィン２６ｂを省略してもよい。

ここで、上記実施の形態１〜８では、正極側ヒートシンクと負極側ヒートシンクとの配置について説明したが、以下、冷却ファン１７ｂに近接して配置されるヒートシンクの放熱フィン形状について説明する。

実施の形態９．
図１０はこの発明の実施の形態９に係る車両用交流発電機においてリヤ側冷却ファン、リヤ側冷却ファンの径方向外方に配置された放熱フィンおよびリヤ側のコイルエンドを回転軸の軸心と直交する平面上に投影した投影図、図１１は冷却ファンから流出した冷却風が放熱フィン間を流れる様子を説明する模式図である。なお、図１０中、符号２９は、冷却ファン１７ｂのブレードを示し、矢印Ａは回転子１０の回転方向を示している。図１１中矢印Ｃは冷却風の流れ方向を示している。

図１０において、放熱フィン３０は、それぞれ回転軸８の軸心と直交する断面が細長の矩形に形成され、周方向に等ピッチで配列されている。そして、周方向に配列された放熱フィン３０は、リヤ側のコイルエンド１９ｂと相対して冷却ファン１７ｂの径方向外方に配設されている。各放熱フィン３０は、回転子１０の回転中心Ｏから径方向に放射状に延びる直線Ｂと傾斜角度αで交差している。ここで、回転軸８の軸心と直交する平面上で、放熱フィン３０の厚み方向の中心線と回転子１０の回転中心Ｏから径方向に延びて放熱フィン３０を通る直線Ｂとが形成する角度を傾斜角度αとする。なお、放熱フィンが細長の断面矩形の場合には、放熱フィンの厚み方向の中心線は長手方向に一致する。

冷却風は、回転する冷却ファン１７ｂから直線Ｂに対して回転方向の前方に傾斜する方向に流出する。そこで、放熱フィン３０が直線Ｂに対して回転方向の前方に傾斜している場合、冷却風は、図１１の（ａ）に矢印Ｃで示されるように、冷却ファン１７ｂから流出して放熱フィン３０に到達すると、放熱フィン３０により流れ方向を僅かに変えられ、放熱フィン３０間を流れる。一方、放熱フィン３０が直線Ｂに対して回転方向の後方に傾斜している場合、冷却風は、図１１の（ｂ）に矢印Ｃで示されるように、冷却ファン１７ｂから流出して放熱フィン３０に到達すると、放熱フィン３０により流れ方向を急激に変えられ、放熱フィン３０間を流れる。

このように、放熱フィン３０が回転子１０の回転中心Ｏから径方向に延びる直線Ｂに対して回転方向の後方に傾斜している場合には、冷却ファン１７ｂから流出して放熱フィン３０に到達した冷却風は放熱フィン３０により流れ方向を急激に変えられるので、圧力損失が極めて大きくなり、冷却風量が減少する。

このことから、放熱フィン３０は、回転子１０の回転中心Ｏから径方向に延びる直線Ｂと平行、又は直線Ｂに対して回転方向の前方に傾斜していることが好ましい。特に、冷却ファン１７ｂからの冷却風の流出方向はブレード２９の形状や回転子１０の回転速度により異なることから、直線Ｂに対する放熱フィン３０の傾斜角度αを、車両用交流発電機が主に使用される運転状態における冷却ファン１７ｂからの冷却風の流出方向に合うように設定することが望ましい。
なお、上記実施の形態１〜８における基部の裏面外周側に放射状に配列されている放熱フィンは、直線Ｂと平行なフィンに相当する。

実施の形態１０．
図１２はこの発明の実施の形態１０に係る車両用交流発電機においてリヤ側冷却ファンの径方向外方に配置された放熱フィンおよびリヤ側の排出孔を回転軸の軸心と直交する平面上に投影した投影図である。
図１２において、放熱フィン３０は傾斜角度αで周方向に配列され、排気リブ３１は傾斜角度βで周方向に配列されている。

そこで、放熱フィン３０の傾斜角度αが排気リブ３１の傾斜角度βと等しい場合、図１２の（ａ）に示されるように、放熱フィン３０間から流出した冷却風の流れ方向が排気リブ３１と平行になり、冷却風と排気リブ３１との衝突や冷却風の流れの方向転換が最小となり、圧力損失も最小となる。

放熱フィン３０の傾斜角度αが排気リブ３１の傾斜角度βより大きい場合、図１２の（ｂ）に示されるように、放熱フィン３０間から流出した冷却風の一部が排気リブ３１の回転方向後方の壁面に衝突し、僅かに方向を変えて排出される。そこで、冷却風と排気リブ３１との衝突や冷却風の流れの方向転換が少なくなり、圧力損失も小さい。

排気リブ３１の傾斜角度βが放熱フィン３０の傾斜角度αより大きい場合、図１２の（ｃ）に示されるように、排気リブ３１の回転方向前方の壁面が放熱フィン３０間から流出した冷却風の流れを遮るように作用する。そこで、冷却風と排気リブ３１との衝突や冷却風の流れの方向転換が大きくなり、圧力損失が大きくなるとともに、冷却風量が減少する。

このことから、放熱フィン３０および排気リブ３１は、放熱フィン３０の傾斜角度α≧排気リブ３１の傾斜角度βとなるように配設することが好ましい。

実施の形態１１．
図１３はこの発明の実施の形態１１に係る車両用交流発電機においてリヤ側冷却ファン、リヤ側冷却ファンの径方向外方に配置された放熱フィンおよびリヤ側の排出孔を回転軸の軸心と直交する平面上に投影した投影図、図１４は放熱フィン間から流出した冷却風が排気孔を流れる様子を説明する模式図である。

この実施の形態１１では、図１３に示されるように、フィレット面３０ａ，３１ａが放熱フィン３０Ａおよび排気リブ３１Ａの各角部に形成されている。
そこで、角部にフィレット面が形成されていない排気リブ３１の場合には、図１４の（ｂ）に示されるように、冷却風が排気リブ３１に衝突した後、排気リブ３１の角部で剥離が生じ、圧力損失が大きくなる。その結果、冷却風量の減少、衝突による風音の増加が生じる。なお、角部にフィレット面が形成されていない放熱フィン３０の場合にも、冷却風が放熱フィン３０に衝突した後、放熱フィン３０の角部で剥離が生じ、同様の結果となる。

この実施の形態１１では、図１４の（ａ）に示されるように、冷却風が排気リブ３１Ａに衝突した後、フィレット面３１ａに沿って流れるので、冷却風の剥離の発生が抑えられ、圧力損失が小さくなる。その結果、冷却風量の減少、衝突による風音の増加が抑制される。同様に、放熱フィン３０Ａの角部にフィレット面３０ａが形成されているので、冷却風が放熱フィン３０Ａに衝突した後、フィレット面３０ａに沿って流れるので、冷却風の剥離の発生が抑えられる。
また、放熱フィン３０Ａおよび排気リブ３１Ａの角部にフィレット面３０ａ，３１ａが形成されているので、放熱フィン３０Ａおよび排気リブ３１Ａの表面積を低減することなく、冷却風の流入側および流出側を拡大でき、圧力損失が抑えられる。

なお、上記実施の形態１１では、放熱フィン３０Ａおよび排気リブ３１Ａの角部をアール形状に形成するものとしているが、図１５に示されるように、放熱フィン３０Ｂおよび排気リブ３１Ｂの角部３０ｂ、３１ｂを面取りし、テーパ形状に形成してもよい。

実施の形態１２．
図１６はこの発明の実施の形態１２に係る車両用交流発電機においてリヤ側冷却ファン、リヤ側冷却ファンの径方向外方に配置された放熱フィン、リヤ側のコイルエンドおよびリヤ側の排気孔を回転軸の軸心と直交する平面上に投影した投影図、図１７は冷却ファンから流出した冷却風が放熱フィン間を流れる様子を説明する模式図である。

図１６において、放熱フィン３２は、それぞれ回転軸８の軸心と直交する断面が直線Ｂに対する角度が徐々に小さくなる肉薄の湾曲体に形成され、周方向に等ピッチで配列されている。そして、周方向に配列された放熱フィン３２は、リヤ側のコイルエンド１９ｂと相対して冷却ファン１７ｂの径方向外方に配設されている。排気孔２ｂを画成する排気リブ３１は、直線Ｂに対して角度βだけ回転方向Ａの前方に傾斜している。

リヤブラケット２は、鋳造やダイカストにて製造されるため、排気リブ３１の傾斜角度βには限界がある。また、排気リブ３１の傾斜角度βが大きくなると、排気リブ３１の本数が減り、排気孔２ｂの断面積が減る。一方、冷却ファン１７ｂからの冷却風の流出方向は、回転子１０の回転速度が速くなるほど、回転子１０の接線方向に近づく。
冷却風が放熱フィン３２間に流入する時、放熱フィン３２が冷却風の流れ方向と平行に配設されていると、冷却風と放熱フィン３２との衝突や冷却風の流れの方向転換が最小となり、圧力損失も最小となる。そのため、放熱フィン３２の流入側の傾斜角度αinを大きくして回転子１０の接線方向に近づけ、流出側の傾斜角度αoutを排気リブ３１の傾斜角度βに近づけることが望ましい。

この実施の形態１２では、放熱フィン３２の流入側の傾斜角度αinを流出側の傾斜角度αoutより大きくしているので、放熱フィン３２の流入側の傾斜角度αinを回転子１０の接線方向に近づけ、流出側の傾斜角度αoutを排気リブ３１の傾斜角度βに近づけることができる。そこで、冷却風が放熱フィン３２に流入する際の圧力損失が低減され、冷却風が排気孔２ｂに流入する際の圧力損失が低減される。
また、傾斜角度αが徐々に小さくなるように放熱フィン３２の入力側端部と流出側端部とを滑らかな曲面で連結しているので、図１７に矢印で示されるように、冷却風は放熱フィン３２間を流通する際に放熱フィン３２の曲面に沿って滑らかに流れ、冷却風の流れの方向転換に起因する圧力損失が低減される。

このように、本発明によれば、冷却ファンの流出側の高速の冷却風が直接放熱フィンの冷却に用いられるので、放熱性能が高い高性能の車両用交流発電機を得ることができる。
また、ヒートシンクの放熱フィン数、断面形状などは上記実施の形態のものに限定されない。
また、ヒートシンクの放熱フィンに絶縁塗装を施しても、同様の効果が得られる。

この発明の実施の形態１に係る車両用交流発電機の全体構成を示す断面図である。 この発明の実施の形態１に係る車両用交流発電機における冷却風の流れを説明する要部断面図である。 この発明の実施の形態２に係る車両用交流発電機の整流器周りを示す要部断面図である。 この発明の実施の形態３に係る車両用交流発電機の整流器周りを示す要部断面図である。 この発明の実施の形態４に係る車両用交流発電機の整流器周りを示す要部断面図である。 この発明の実施の形態５に係る車両用交流発電機の整流器周りを示す要部断面図である。 この発明の実施の形態６に係る車両用交流発電機の整流器周りを示す要部断面図である。 この発明の実施の形態７に係る車両用交流発電機の整流器周りを示す要部断面図である。 この発明の実施の形態８に係る車両用交流発電機の整流器周りを示す要部断面図である。 この発明の実施の形態９に係る車両用交流発電機においてリヤ側冷却ファン、リヤ側冷却ファンの径方向外方に配置された放熱フィンおよびリヤ側のコイルエンドを回転軸の軸心と直交する平面上に投影した投影図である。 冷却ファンから流出した冷却風が放熱フィン間を流れる様子を説明する模式図である。 この発明の実施の形態１０に係る車両用交流発電機においてリヤ側冷却ファンの径方向外方に配置された放熱フィンおよびリヤ側の排出孔を回転軸の軸心と直交する平面上に投影した投影図である。 この発明の実施の形態１１に係る車両用交流発電機においてリヤ側冷却ファン、リヤ側冷却ファンの径方向外方に配置された放熱フィンおよびリヤ側の排出孔を回転軸の軸心と直交する平面上に投影した投影図である。 放熱フィン間から流出した冷却風が排気孔を流れる様子を説明する模式図である。 この発明の実施の形態１１の実施態様に係る車両用交流発電機において放熱フィン間から流出した冷却風が排気孔を流れる様子を説明する模式図である。 この発明の実施の形態１２に係る車両用交流発電機においてリヤ側冷却ファン、リヤ側冷却ファンの径方向外方に配置された放熱フィン、リヤ側のコイルエンドおよびリヤ側の排気孔を回転軸の軸心と直交する平面上に投影した投影図である。 冷却ファンから流出した冷却風が放熱フィン間を流れる様子を説明する模式図である。

符号の説明

１ フロントブラケット、２ リヤブラケット、２ａ 吸気孔、２ｂ 排気孔、３ ケース、８ 回転軸、１０ 回転子、１１ 固定子、１２ 整流器、１７ｂ 冷却ファン、１８ 固定子鉄心、１９ 固定子コイル、１９ｂ コイルエンド、２０ 正極側ヒートシンク、２０ａ 正極側基部、２０ｂ 放熱フィン、２１ 負極側ヒートシンク、２１ａ 負極側基部、２１ｂ 放熱フィン、２３ａ 正極側整流素子、２３ｂ 負極側整流素子、３０，３０Ａ，３０Ｂ，３２ 放熱フィン、３０ａ フィレット面、３１，３１Ａ 排気リブ、３１ａ フィレット面。

Claims (8)

1. 回転軸に固着された回転子と、
   上記回転軸を回転自在に支持して上記回転子を内包するケースと、
   上記ケースに保持されて上記回転子を囲繞する円筒状の固定子鉄心および該固定子鉄心に装着された固定子コイルからなる固定子と、
   円弧平板状の正極側基部を有する正極側ヒートシンク、該正極側基部の表面に実装された正極側整流素子、円弧平板状の負極側基部を有する負極側ヒートシンク、および該負極側基部の表面に実装された負極側整流素子を有し、該正極側ヒートシンクおよび該負極側ヒートシンクが該正極側基部および該負極側基部の表面を相対して軸方向に離間して上記ケース内の上記回転子の一側に配設されている整流器と、
   上記回転子の一側端面に固着された冷却ファンと、を備え、
   上記ケースには、吸気孔が上記正極側ヒートシンクおよび上記負極側ヒートシンクの上記回転子と反対側に配設されたヒートシンクに臨むように穿設され、かつ排気孔が上記冷却ファンの径方向外方に位置するように穿設され、
   上記正極側ヒートシンクおよび上記負極側ヒートシンクの上記回転子側に配設されたヒートシンクには、複数の放熱フィンがその基部の裏面に突設され、
   上記回転子側に配設されたヒートシンクは上記複数の放熱フィンを上記冷却ファンの径方向外方に位置させて配設され、かつ上記複数の放熱フィンは、それぞれ上記回転子の回転中心から径方向に延びる直線に対して回転方向の前方に傾斜して、周方向に配列され、上記冷却ファンから流出する冷却風が上記複数の放熱フィン間を通過することを特徴とする車両用交流発電機。
2. 回転軸に固着された回転子と、
   上記回転軸を回転自在に支持して上記回転子を内包するケースと、
   上記ケースに保持されて上記回転子を囲繞する円筒状の固定子鉄心および該固定子鉄心に装着された固定子コイルからなる固定子と、
   円弧平板状の正極側基部を有する正極側ヒートシンク、該正極側基部の表面に実装された正極側整流素子、および負極側整流素子を有し、該正極側ヒートシンクが該正極側基部の裏面を上記回転子の一側端面と相対して上記ケース内の上記回転子の一側に配設されている整流器と、
   上記回転子の一側端面に固着された冷却ファンと、を備え、
   上記ケースには、吸気孔が穿設され、かつ排気孔が上記冷却ファンの径方向外方に位置するように穿設され、
   上記負極側整流素子は上記ケースの上記排気孔の近傍の外壁面に取り付けられ、
   上記正極側ヒートシンクには、複数の放熱フィンが上記正極側基部の裏面に突設され、
   上記正極側ヒートシンクは上記複数の放熱フィンを上記冷却ファンの径方向外方に位置させて配設され、上記冷却ファンから流出する冷却風が上記複数の放熱フィン間を通過することを特徴とする車両用交流発電機。
3. 回転軸に固着された回転子と、
   上記回転軸を回転自在に支持して上記回転子を内包するケースと、
   上記ケースに保持されて上記回転子を囲繞する円筒状の固定子鉄心および該固定子鉄心に装着された固定子コイルからなる固定子と、
   円弧平板状の正極側基部を有する正極側ヒートシンク、該正極側基部の表面に実装された正極側整流素子、円弧平板状の負極側基部を有する負極側ヒートシンク、および該負極側基部の表面に実装された負極側整流素子を有し、該正極側ヒートシンクが該正極側基部の裏面を上記回転子の一側端面と相対して上記ケース内の上記回転子の一側に配設され、該負極側ヒートシンクが該負極側基部の表面を該正極側基部の表面に相対して上記ケースの内壁面に取り付けられている整流器と、
   上記回転子の一側端面に固着された冷却ファンと、を備え、
   上記ケースには、吸気孔が上記負極側ヒートシンクに臨むように穿設され、かつ排気孔が上記冷却ファンの径方向外方に位置するように穿設され、
   上記正極側ヒートシンクには、複数の放熱フィンが上記正極側基部の裏面に突設され、
   上記正極側ヒートシンクは上記複数の放熱フィンを上記冷却ファンの径方向外方に位置させて配設され、かつ上記複数の放熱フィンは、それぞれ上記回転子の回転中心から径方向に延びる直線に対して回転方向の前方に傾斜して、周方向に配列され、上記冷却ファンから流出する冷却風が上記複数の放熱フィン間を通過することを特徴とする車両用交流発電機。
4. 上記固定子コイルのコイルエンドが上記複数の放熱フィンと相対して上記冷却ファンの径方向外方に配置されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の車両用交流発電機。
5. 上記複数の放熱フィンは、それぞれ上記回転子の回転中心から径方向に延びる直線に対して回転方向の前方に傾斜して、周方向に配列されていることを特徴とする請求項２記載の車両用交流発電機。
6. 上記放熱フィンの内周側端部の上記直線に対する内周側傾斜角度が上記放熱フィンの外周側端部の上記直線に対する外周側傾斜角度より大きく、かつ上記放熱フィンは、上記直線に対する傾斜角度が上記内周側傾斜角度から漸次減少して上記外周側傾斜角度となる湾曲形状に形成されていることを特徴とする請求項１、請求項３、および請求項５のいずれか１項に記載の車両用交流発電機。
7. 上記放熱フィンの外周側端部の上記直線に対する外周側傾斜角度が上記ケースに穿設された上記排気孔を構成する排気リブの上記直線に対する傾斜角度以上であることを特徴とする請求項５又は請求項６記載の車両用交流発電機。
8. 上記放熱フィンおよび上記ケースに穿設された上記排気孔を構成する排気リブの角部がテーパ形状あるいはアール形状に加工されていることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の車両用交流発電機。

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