JP4404112B2 - 車両用交流発電機 - Google Patents

Description

本発明は、トラック、建機、農機等に搭載される車両用交流発電機に関する。

近年、乗用車メーカやトラックメーカにおいて排気ガス規制に対応すべくエンジンを改良してきており、それに伴いエンジンに搭載される部品の周囲温度も高くなる傾向にある。また、安全性を確保するための装置や、追加電源、快適性を求める傾向も年々増加し、車両用発電機の負荷が増加してきている。車両用発電機の構造としては、乗用車に搭載されるブラシ付き構造の他に、稼働時間や走行距離が長い長距離トラックや粉塵が舞う悪環境下で使用される建機や農機等に搭載される長寿命対応のブラシレス構造が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

一般に、市場や顧客ニーズより、構成部品は特殊工具を用いずに交換可能であることが求められている。具体的には、リアカバー、ハウジング、整流装置、界磁巻線、回転子、固定子、軸受け等の各構成部品を、交換等の作業時に着脱が容易なネジ締めによって固定するなど、サービス性も兼ね揃えた製品が求められている。

例えば、固定子巻線と整流装置とをネジ締め固定で電気的に接続するようにした車両用交流発電機が知られている（例えば、特許文献２参照。）。しかし、ブラシレス構造の発電機では、作業場の小石等による外力から整流装置やレギュレータ等の電気部品へのダメージを防ぐために、リアハウジングの側壁がリアカバー側に軸方向に延長される場合があり、この場合には、この側壁面が整流装置のネジ締め位置に干渉すると、ネジ締めによる固定は物理上不可能になる。

また、固定子巻線リード部をリアハウジングの整流装置取り付け面に近いところでかしめて半田付け固定もしくは溶接固定する車両用交流発電機が知られているが（例えば、特許文献１、３参照。）、上述したようにリアハウジングの側壁がリアカバー側に軸方向に延長される場合には、リアハウジングの側壁があるため溶接固定や半田付け固定ではサービス性が損なわれる。

したがって、サービス性を考慮して固定子巻線のリード部と整流装置とを電気的に接続するため、リアハウジング側壁の高さより高い位置でネジ締め固定する方法が最良であると考えられるが、固定子巻線のリード部のネジ締め位置をずらすことに伴ってリード部の長さが長くなってしまう。
特開２００２−９５２１５号公報（第４−６頁、図１−１１） 特開２００３−１６９４５７号公報（第３−４頁、図１−５） 特開２００５−１７６４２３号公報（第４−７頁、図１−１０）

ところで、整流装置は正極側放熱フィンと負極側放熱フィンとを有し、それぞれの放熱フィンには複数の整流素子が取り付けられるが、整流素子の封止部に冷却風が直接当たるとこの封止部に融雪剤等を含んだ導電性の液体が直接あたる可能性が高まるため耐環境性の面では望ましくない。これを避けるためには、整流素子の封止部から出るリード部をリアカバーと反対側に向ければよいが、整流素子のリード部と電気的接続をする端子台の金属製ターミナルは自ずとリアハウジング側に配置されることになるため、整流装置に含まれる端子台はリアハウジングに最も近い位置に配置される場合が多い。これにより、端子台には、リアハウジング取付け面から軸方向に延び、しかも、リアカバー側に伸びて先端に固定子巻線のリードと電気的接続を行うネジ締め固定部が構成されたＬ字型の複数の足部（Ｌ字型足部）が形成される。

しかしながら、Ｌ字型足部の先端に設けられたネジ締め固定部とＬ字型足部のリアハウジング側の付け根部分までの距離が長いので、ネジ締め固定の際に端子台のＬ字型足部に曲げ応力がかかり、固定子巻線のリード部根元やリード部とその先端に取り付けられる金属ターミナルとのかしめ部に過大な組付け曲げ応力が発生するという問題があった。

曲げ応力を低減する方法としては、端子台のネジ締め固定部近傍を、放熱フィンに対してネジ締め固定や超音波溶着などで機械的に固定する方法や、固定子巻線のリード部を撚り線に変更する方法などが考えられるが、生産コストや部品コストが上昇するため、コストを重視した場合には採用は難しい。

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、固定子巻線のリード部を整流装置にネジ締め固定する際に発生する曲げ応力を低減す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。

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、固定子巻線を有する固定子と、固定子の内周側に対向配置された回転子と、回転子に供給する磁束を発生する界磁巻線と、固定子巻線の出力電圧を整流して外部に出力する複数の整流素子が取り付けられた放熱フィンと複数の整流素子と固定子巻線のリード部とを接続する金属製ターミナルが内蔵された端子台とを有する整流装置と、固定子および回転子を収納するハウジングと、ハウジングのリア側端面に取り付けられた整流装置を含む電気部品を保護するリアカバーとを備えており、端子台は、金属製ターミナルが内蔵されて回転軸を中心にして放射状に延びる径方向延在部とこの径方向延在部の先端から回転軸に沿ってリアカバー側に延びる軸方向延在部とを有するＬ字型足部と、Ｌ字型足部と一体成型された第１のガイド部とを有し、軸方向延在部の先端には金属製ターミナルが露出しており、露出した金属製ターミナルにリード部が、径方向内側に向かってネジ締め固定され、放熱フィンには、ハウジングの取付け面に近い側に配置された第１の放熱フィンと、遠い側に配置された第２の放熱フィンとが含まれており、取付け面に対し、径方向延在部を挟んで第１および第２の放熱フィンが軸方向に積層され、第１および第２の放熱フィンの内少なくとも第２の放熱フィンは、第１のガイド部の形状に対応する形状を有する第２のガイド部を有し、Ｌ字型足部がネジ締め方向へ捩れ変形したときに、第１のガイド部と第２のガイド部とを互いに当接させることで、Ｌ字型足部の変形を抑制する。

固定子巻線のリード部の先端をＬ字型足部に内蔵された金属製ターミナルの先端にネジ締めする際に、Ｌ字型足部がネジ締め方向へ捩れ変形しても、第１のガイド部と第２のガイド部とが互いに当接してＬ字型足部の変形を抑制するため、固定子巻線のリード部の根元部等への曲げ応力の発生を抑制することができる。また、Ｌ字型足部に一体成型される第１のガイド部側を凸形状とした場合には、回転軸方向へのＬ字型足部の曲げを抑制する効果もある。

また、少なくとも第１の放熱フィンに形成された第２のガイド部の形状を円筒形状とし、対応する第１のガイド部を圧入することが望ましい。これにより、固定子巻線のリード部の先端をネジ締め固定する際に、ハウジングの取付け面に近い側の放熱フィンに対応する第１のガイド部が、Ｌ字型足部が変形する際の支点となるため、Ｌ字型足部の変形をさらに低減することができる。

また、上述した第２の放熱フィンのみに第２のガイド部を形成することが望ましい。これにより、Ｌ字型足部の軸方向延在部の先端近傍の径方向位置を固定することができるため、固定子巻線のリード部の先端をネジ締め固定する際に発生する曲げ応力を低減することができる。

また、上述した軸方向延在部は、金属ターミナルをはさんで径方向に開口する外壁面を有し、外壁面の反金属ターミナル側において、放熱フィンが、近接して対向配置されている。これにより、Ｌ字型足部がネジ締め方向へ捩れ変形しても、外壁面と放熱フィンとが互いに当接してＬ字型足部の変形を抑制するため、固定子巻線のリード部の根元部等への曲げ応力の発生を抑制することができる。

また、上述した放熱フィンは、一体形成されて軸方向に延伸した複数の補助フィンを有し、補助フィンが外壁面に対向配置されていることが望ましい。より広い面積で外壁面と放熱フィンを当接させることにより、安定してＬ字型足部の変形を低減することができる。

また、上述した外壁面に対向配置された補助フィンは、他の補助フィンよりも周方向厚さが厚いことが望ましい。これにより、Ｌ字型足部の変形をさらに低減することができる。

以下、本発明を適用した一実施形態のブラシレス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、一実施形態のブラシレス車両用交流発電機の全体構造を示す断面図である。また、図２は一実施形態のブラシレス車両用交流発電機の全体構造を示す背面図である。

図１および図２に示すように、本実施形態のブラシレス車両用交流発電機１は、固定子２、回転子３、界磁巻線４、フロントハウジング５１、リアハウジング５２、整流装置６、レギュレータ７、リアカバー８等を備えている。

固定子２は、電機子として働くものであり、固定子鉄心２１に固定子巻線２２が巻回されている。回転子３は、界磁として働くものであり、固定子２の内周側に対向配置されている。この回転子３は、回転軸３１とともに回転する回転継鉄部３２、３３と、回転継鉄部３３と一体に形成された爪状磁極部３４と、リング状の支持部材３５によって爪状磁極部３４と一体化された爪状磁極部３６とを備えている。また、回転軸３１の後方端部にはこの回転軸３１を回転可能に保持する軸受け３７が設けられている。

界磁巻線４は、回転子３に供給する磁束を発生させるものであり、固定継鉄部４１に巻回されている。固定継鉄部４１は、筒状部材であってボルト４２によってリアハウジング５２に固定されている。この固定継鉄部４１は、回転子３によって構成される界磁の一部をなしている。

フロントハウジング５１およびリアハウジング５２は、固定子２および回転子３を支持するものである。上述した軸受け３７は、リアハウジング５２に圧入されて固定されている。また、フロントハウジング５１からは回転軸３１の端部が突出しており、この突出した回転軸３１に冷却ファン５３およびプーリ（図示せず）がナット５４によって締め付け固定される。レギュレータ７は、界磁巻線４に供給する励磁電流を断続することにより、ブラシレス車両用交流発電機１の出力電圧を調整する。リアカバー８は、整流装置６およびレギュレータ７からなる電気部品を保護するためのものであり、冷却風を内部（電気部品側）に導入する複数の吸気穴８１を有しており、樹脂材料によって形成されている。

次に、整流装置６の詳細について説明する。整流装置６は、端子台６１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６２と負極側放熱フィン６３とを備えている。リアハウジング５２の取付け面に近い側に配置された正極側放熱フィン６２が第１の放熱フィンに、遠い側の負極側放熱フィン６３が第２の放熱フィンにそれぞれ対応する。正極側放熱フィン６２に設けられた６箇所の貫通した取付孔には６個の正極側整流素子（図示せず）が圧入されて取り付けられている。同様に、負極側放熱フィン６３に設けられた６箇所の貫通した取付孔には６個の負極側整流素子６５が圧入されている。３個の正極側整流素子と３個の負極側整流素子６５とが一組となって三相全波整流回路が構成されている。本実施形態の整流装置６にはこのような三相全波整流回路が二組備わっており、固定子巻線２２の出力電圧を整流して、正極側放熱フィン６２に固定された出力端子を介して出力電流を外部に出力している。また、整流装置６は、固定子巻線２２に誘起された電圧を整流して界磁巻線４に励磁電流を供給する３個の補助ダイオード６７を有している。これらの補助ダイオード６７は端子台６１に取り付けられている。

図３は、整流装置６の部分的断面図であり、ブラシレス車両用交流発電機１における組み付け状態が示されている。図４は、整流装置６の端子台６１の形状を示す平面図である。図５は、整流装置６の負極側放熱フィン６３の形状を示す平面図である。図６は、整流装置６の正極側放熱フィン６２の形状を示す平面図である。

端子台６１は、金属製ターミナル６８がインサート成型によって内蔵されており、周方向に互いに離間して配置された６本のＬ字型足部６１ａを有する。これら６本のＬ字型足部６１ａは、固定子２の固定子巻線２２から引き出された６本の巻線リード部２２ａと、金属製ターミナル６８とを介して正極側整流素子および負極側整流素子６５との間で電気的導通をとるためのものである。Ｌ字型足部６１ａは、回転軸３１を中心にして放射状に延びる径方向延在部６１ａ−１と、その先端から回転軸３１に沿ってリアカバー８側に延びる軸方向延在部６１ａ−２とによって形成されており、これらの径方向延在部６１ａ−１と軸方向延在部６１ａ−２とが直交してＬ字形状をなしている。

それぞれのＬ字型足部６１ａの先端には、金属製ターミナル６８が露出しており、この露出した金属製ターミナル６８の先端に、巻線リード部２２ａにかしめまたは半田付け、溶接等で固定された金属製ターミナル２４を共締めするためのネジ締め固定部６８ａが形成されている。このネジ締め固定部６８ａは、リアハウジング側壁部５２ａと干渉することなく、かつ、一般的な工具で金属製ターミナル２４を締め付け固定できるように、リアハウジング側壁部５２ａよりも高い位置（リアハウジング５２のリア側端面よりも外側）に配置されている。

また、端子台６１は、それぞれのＬ字型足部６１ａに沿って一体成型されたガイド部６１ｂを有する。このガイド部６１ｂは、Ｌ字型足部６１ａの軸方向延在部６１ａ−２に沿って軸方向に延在し、その端部が径方向延在部６１ａ−１にも当接するようにＬ字型足部６１ａと一体化されている。

このガイド部６１ｂは、正極側放熱フィン６２に対応する部位６１ｂ−１と、負極側放熱フィン６３に対応する部位６１ｂ−２とが異なる形状を有する。一方の部位６１ｂ−１は円筒形状（円形断面）を有し、他方の部位６１ｂ−２は四角柱形状（矩形断面）を有する。

これらの部位６１ｂ−１、６１ｂ−２の断面形状に対応するように、正極側放熱フィン６２の対応する位置には溝部６２ｂが形成され、負極側放熱フィン６３の対応する位置には溝部６３ａが形成されている。そして、端子台６１に正極側放熱フィン６２を組み付けたときに、ガイド部６１ｂの部位６１ｂ−１が正極側放熱フィン６２の溝部６２ｂにわずかな隙間を介在させた状態であるいは圧入された状態で挿入される。同様に、端子台６１に負極側放熱フィン６３を組み付けたときに、ガイド部６１ｂの部位６１ｂ−２が負極側放熱フィン６３の溝部６３ａにわずかな隙間を介在させた状態であるいは圧入された状態で挿入される。

これにより、巻線リード部２２ａの先端に設けられた金属ターミナル２４を金属製ターミナル６８の先端のネジ締め固定部６８ａにネジ締めする際に、Ｌ字型足部６１ａがネジ締め方向へ捩れ変形しても、正極側放熱フィン６２の溝部６２ｂと負極側放熱フィン６３の溝部６３ａのそれぞれの側面がガイド部６１ｂの側面に当接し、Ｌ字型足部６１ａの変形を抑制するため、巻線リード部２２ａの根元部２２ｂや金属製ターミナル２４と巻線リード部２２ａのかしめ部２２ｃへの曲げによる組付け応力の発生を抑制することができる。また、Ｌ字型足部６１ａに一体成型されるガイド部６１ｂを凸形状とすることにより、回転軸方向へのＬ字型足部６１ａの曲げを抑制する効果もある。

また、リアハウジング５２に近い側に配置された正極側放熱フィン６２の溝部６２ｂを円筒形状とし、Ｌ字型足部６１ａのガイド部６１ｂの部位６１ｂ−１も円筒形状にして、ガイド部６１ｂの部位６１ｂ−１を溝部６２ｂに圧入固定するようにすれば、この圧入された部位６１ｂ−１が、Ｌ字型足部６１ａが回転軸３１方向に変形する際の支点となるため、Ｌ字型足部６１ａの軸方向への変形をさらに抑制することができる。

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。例えば、上述した実施形態では、Ｌ字型足部６１ａと一体成型されたガイド部６１ｂを２つの部位６１ｂ−１、６１ｂ−２を分け、一方の部位６１ｂ−１を円筒形状に、他方の部位６１ｂ−２を四角柱形状にしたが、図７に示すように、両方の部位６１ｂ−１、６１ｂ−２をともに四角柱形状にしてもよい。あるいは、両方の部位６１ｂ−１、６１ｂ−２をともに円筒形状にしてもよい。

また、上述した実施形態では、正極側放熱フィン６２に溝部６２ｂを形成し、負極側放熱フィン６３に溝部６３ａを形成したが、図８に示すように、リアハウジング５２の取付面から離れている負極側放熱フィン６３のみに溝部６３ａを形成してもよい。金属製ターミナル６８のネジ締め固定部６８ａからリアハウジング５２までの距離が長く、Ｌ字型足部６１ａの軸方向の長さが長いので、ネジ締め固定部６８ａに近い方の負極側放熱フィン６３のみに溝部６３ａを設けるようにしても、Ｌ字型足部６１ａのネジ締め方向への変形を抑制する効果が期待できる。

また、上述した実施形態では、リアハウジング５２に近い側に正極側放熱フィン６２を、遠い側に負極側放熱フィン６３をそれぞれ配置したが、これらの配置を入れ替えた整流装置６であっても本発明を適用することができる。また、整流装置６周辺の構造が同じであれば、ブラシレス車両交流発電機のみならずブラシを有する車両用交流発電機にも本発明を適用することができる。

また、上述した実施形態では、Ｌ字型足部６１ａと一体成型されたガイド部６１ｂが第１のガイド部に、溝部６２ｂ、６３ａが第２のガイド部に対応しており、第１のガイド部が凸形状に、第２のガイド部が凹形状に形成されていたが、反対に、第１のガイド部を凹形状に、第２のガイド部を凸形状に形成してもよい。すなわち、Ｌ字型足部６１ａに溝部を形成するとともに、正極側放熱フィン６２および負極側放熱フィン６３のそれぞれに凸形状のガイド部を形成し、溝部にガイド部を挿入するようにしてもよい。

また、図９に示すように、Ｌ字型足部６１ａの軸方向延在部６１ａ−２は、金属製ターミナル６８（図９では図示せず）をはさんで径方向に開口する２つの外壁面６１ｃを持ち、これら外壁面６１ｃの反ネジ締め固定部６８ａ側（すなわち反金属ターミナル側）において、正極側放熱フィン６２、あるいは正極側放熱フィン６２の補助フィン６２ｃを、近接して対向配置させてもよい。

補助フィン６２ｃは、正極側放熱フィン６２に一体形成されて軸方向に延伸している。また、図９に示すように、外壁面６１ｃに対向配置された補助フィン６２ｃ（外壁面６１ｃに隣接する補助フィン６２ｃ）は、他の補助フィン６２ｃよりも周方向厚さが厚く設定されている。より広い面積で外壁面６１ｃを正極側放熱フィン６２の補助フィン６２ｃに当接させることにより、安定してＬ字型足部６１ａの変形を低減することができる。

一実施形態のブラシレス車両用交流発電機の全体構造を示す断面図である。 一実施形態のブラシレス車両用交流発電機の全体構造を示す背面図である。 整流装置の部分的断面図である。 整流装置の端子台の形状を示す平面図である。 整流装置の負極側放熱フィンの形状を示す平面図である。 整流装置の正極側放熱フィンの形状を示す平面図である。 変形例の整流装置の部分的断面図である。 変形例の整流装置の部分的断面図である。 変形例の整流装置の部分的拡大図である。

符号の説明

１ ブラシレス車両用交流発電機
２ 固定子
３ 回転子
４ 界磁巻線
６ 整流装置
７ レギュレータ
８ リアカバー
２２ 固定子巻線
２２ａ 巻線リード部
２２ｂ 根元部
２２ｃ かしめ部
２４、６８ 金属製ターミナル
３１ 回転軸
５１ フロントハウジング
５２ リアハウジング
５２ａ ハウジング側壁部
５３ 冷却ファン
６１ 端子台
６１ａ Ｌ字型足部
６１ａ−１ 径方向延在部
６１ａ−２ 軸方向延在部
６１ｂ ガイド部
６１ｃ 外壁面
６２ 正極側放熱フィン
６２ｃ 補助フィン
６３ 負極側放熱フィン
６４ 正極側整流素子
６５ 負極側整流素子
６７ 補助ダイオード
６８ａ ネジ締め固定部

Claims (6)

1. 固定子巻線を有する固定子と、前記固定子の内周側に対向配置された回転子と、前記回転子に供給する磁束を発生する界磁巻線と、前記固定子巻線の出力電圧を整流して外部に出力する複数の整流素子が取り付けられた放熱フィンと前記複数の整流素子と前記固定子巻線のリード部とを接続する金属製ターミナルが内蔵された端子台とを有する整流装置と、前記固定子および前記回転子を収納するハウジングと、前記ハウジングのリア側端面に取り付けられた前記整流装置を含む電気部品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、
   前記端子台は、前記金属製ターミナルが内蔵されて回転軸を中心にして放射状に延びる径方向延在部とこの径方向延在部の先端から前記回転軸に沿って前記リアカバー側に延びる軸方向延在部とを有するＬ字型足部と、前記Ｌ字型足部と一体成型された第１のガイド部とを有し、
   前記軸方向延在部の先端には前記金属製ターミナルが露出しており、
   露出した前記金属製ターミナルに前記リード部が、径方向内側に向かってネジ締め固定され、
   前記放熱フィンには、前記ハウジングの取付け面に近い側に配置された第１の放熱フィンと、遠い側に配置された第２の放熱フィンとが含まれており、
   前記取付け面に対し、前記径方向延在部を挟んで前記第１および第２の放熱フィンが軸方向に積層され、
   前記第１および第２の放熱フィンの内少なくとも前記第２の放熱フィンは、前記第１のガイド部の形状に対応する形状を有する第２のガイド部を有し、
   前記Ｌ字型足部がネジ締め方向へ捩れ変形したときに、前記第１のガイド部と前記第２のガイド部とを互いに当接させることで、前記Ｌ字型足部の変形を抑制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、
   少なくとも前記第１の放熱フィンに形成された前記第２のガイド部の形状を円筒形状とし、対応する前記第１のガイド部を圧入することを特徴とする車両用交流発電機。
3. 請求項１において、
   前記第２の放熱フィンのみに前記第２のガイド部を形成することを特徴とする車両用交流発電機。
4. 請求項１〜３のいずれかにおいて、
   前記軸方向延在部は、前記金属ターミナルをはさんで径方向に開口する外壁面を有し、
   前記外壁面の反金属ターミナル側において、前記放熱フィンが、近接して対向配置されていることを特徴とする車両用交流発電機。
5. 請求項４において、
   前記放熱フィンは、一体形成されて軸方向に延伸した複数の補助フィンを有し、
   前記補助フィンが前記外壁面に対向配置されていることを特徴とする車両用交流発電機。
6. 請求項５において、
   前記外壁面に対向配置された前記補助フィンは、他の補助フィンよりも周方向厚さが厚いことを特徴とする車両用交流発電機。

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