JP4433023B2 - 車両用交流発電機 - Google Patents

Description

本発明は、乗用車やトラック等に搭載される車両用交流発電機に関する。

従来から、整流素子であるダイオード、ターミナルおよ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よく冷却するために、ターミナルに熱伝導性の高い銅または銅合金を用いた車両用交流発電機が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

また、車両用交流発電機の固定子巻線の主要部をアルミニウムで、引出し線を含む残りを銅で形成することにより、大幅なコスト上昇を伴わずに整流器のターミナルとの接合を容易にし、サービス性を向上させ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。）。
特開２００１−８６７０６号公報（第３−６頁、図１−８） 特開２００７−２０３０２号公報（第４−７頁、図１−５）

ところで、特許文献１に開示された車両用交流発電機では、銅あるいは銅合金以外の金属により形成された固定子巻線を用いると、整流器のターミナルと固定子巻線の引出しとが異種金属となるため、組み付け工程において溶接などによって容易に接合することができないという問題があった。

また、特許文献２に開示された車両用交流発電機では、引出し線等の銅で形成された部分とその他のアルミニウムで形成された部分との間の接合は、異種金属の接合となるため、自然電位の差による電食が発生しやすく、接合強度が低下するおそれがあるという問題があった。

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、整流器と固定子巻線の接続を容易に行うことができるとともに、固定子巻線における接合強度の低下を防止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、銅および銅合金以外の金属により形成される固定子巻線と、固定子巻線から出力される交流電圧を整流するブリッジ回路を形成する複数の整流素子を含む整流器とを備える車両用交流発電機であって、ブリッジ回路を形成するターミナルの電気導体は、整流素子に接続される部分が銅あるいは銅合金からなる第１部材で形成され、固定子巻線に接続される部分が固定子巻線と同じ材質あるいは同種金属の合金材からなる第２部材で形成されている。

銅あるいは銅合金以外の金属で形成された固定子巻線を用いる場合に、固定子巻線の引出し線と整流器のターミナルとの間が同種金属間の接続となるため、溶接などによる接合が容易となる。また、固定子巻線を単一の金属材料で形成することができるため、異種金属を組み合わせる場合のような自然電位差による電食の発生に伴う接合強度の低下を防止することができる。

また、上述した第１部材と第２部材の接合部分が整流器の絶縁部材の内部に形成されていることが望ましい。絶縁部材で覆われる部分に、ターミナルを形成する２種類の部材間の異種金属の接合部分が形成されるため、電食の進行を防止することができる。また、接合部分を被覆する等の特別な工程が不要になり、組み付け工程への影響も小さく、コスト上昇を抑えることができる。

また、上述した第２部材の導通方向に垂直な面の断面積は、第１部材の導通方向に垂直な面の断面積と異なることが望ましい。ターミナルの強度が異なる場合であっても、強度が小さい方の部材（例えば、銅とアルミニウムを用いる場合にはアルミニウム）の断面積を大きくすることで、必要な強度の確保が可能になる。

以下、本発明を適用した一実施形態の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、本発明を適用した一実施形態の車両用交流発電機の断面図である。図１に示すように、本実施形態の車両用交流発電機１００は、エンジンからベルト（図示せず）およびプーリ１を介して回転駆動される回転子２と、銅および銅合金以外の金属（例えば、アルミニウム）により形成される固定子巻線４ａを有する固定子４と、回転子２および固定子４を一対の軸受け３ｃ、３ｄを介して支持するフロントフレーム３ａおよびリアフレーム３ｂと、固定子巻線４ａから出力される交流電圧を整流するブリッジ回路を形成する複数の整流素子（後述する）を含む整流器５と、回転子２の界磁コイル２ａに界磁電流を供給するブラシを保持するブラシホルダ７と、出力電圧を制御するレギュレータ９と、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６と、整流器５とレギュレータ９とブラシホルダ７などを覆ってリアフレーム３ｂの端面にかぶせられる樹脂製の保護カバー８等から構成されている。

図２は、整流器５の平面図であり、整流器５にブラシホルダ７やコネクタケース６等が組み付けられた状態が示されている。図２に示すように、整流器５は、軸方向に２段に重ねられたプラス側放熱フィン５０１およびマイナス側放熱フィン５０３と、プラス側放熱フィン５０１に取り付けられた複数のプラス側整流素子５０２と、マイナス側放熱フィン５０３に取り付けられた複数のマイナス側整流素子５０４と、端子台５１３等からなる。

端子台５１３は、プラス側放熱フィン５０１およびマイナス側放熱フィン５０３のそれぞれを支持するとともにこれらの間を電気的に絶縁する樹脂製絶縁部材（例えばＰＰＳ樹脂）からなり、固定子４で発生する交流電圧をプラス側整流素子５０２およびマイナス側整流素子５０４に導くための電気導体であるターミナル５１４を内蔵している。プラス側整流素子５０２とマイナス側整流素子５０４は、それぞれのリード部が異極性の放熱フィンに向くように配置されている。例えば、プラス側整流素子５０２は、プラス側放熱フィン５０１の貫通した取付孔に打ち込み固定されており、マイナス側整流素子５０４は、マイナス側放熱フィン５０３の貫通した取付孔に打ち込み固定されている。プラス側整流素子５０２およびマイナス側整流素子５０４のそれぞれのリード部が端子台５１３のターミナル５１４に電気接続され、全波整流ブリッジ回路が形成されている。

本実施形態では、２組の三相全波整流ブリッジ回路を形成するよう、プラス側放熱フィン５０１には６個のプラス側整流素子５０２が、マイナス側放熱フィン５０３には６個のマイナス側整流素子５０４がそれぞれ配置されている。そして、プラス側放熱フィン５０１に取り付けられたボルト５０６から直流出力が取り出される。なお、整流器５は、リアフレーム３ｂと保護カバー８との間に配置され、リアベアリングボックス３０の支持部材（例えばボルト）に、保護カバー８とともに締結固定されている。また、マイナス側放熱フィン５０３は、プラス側放熱フィン５０１に比べ外径寸法が大きい。プラス側放熱フィン５０１およびマイナス側放熱フィン５０３には、ともにアルミニウム材や銅材が用いられる。

保護カバー８のプラス側整流素子５０２近傍には、軸方向開口部８０１が設けられている。プラス側放熱フィン５０１の外周端部および内周端部には、それぞれ保護カバー８側に折り曲げたリブ５０１ａ、５０１ｂが形成されている。これにより、外部から開口部８０１へ取り込まれた冷却風を発熱源であるプラス側整流素子５０２周辺に集中して流すとともに、プラス側放熱フィン５０１の放熱面積の増加により、プラス側整流素子５０２を効率よく冷却することができる。

一方、マイナス側放熱フィン５０３の外径近傍には、径方向に放射状に伸びる複数のサブフィン５０３ａが設けられており、このサブフィン５０３ａを形成することで放熱面積を増加している。径方向外側の保護カバー８とリアフレーム３ｂとの間の開口部８０２は、マイナス側放熱フィン５０３とリアフレーム３ｂとの間に設けられた隙間である径方向開口部８１０につながっている。回転子２のリア側端面に取り付けられた冷却ファン２１が回転すると、保護カバー８の開口部８０１と、マイナス側放熱フィン５０３とリアフレーム３ｂとの間に設けられた径方向開口部８１０の両方から、リアフレーム３ｂの端面に設けられた開口部８０３側に冷却風が吸入される。このとき、径方向開口部８１０を介した径方向通風によってマイナス側放熱フィン５０３のフレーム対向面が冷却される。

図３は、端子台５１３に内蔵されたターミナル５１４の詳細形状を示す図であり、図２において領域Ａに対応している。また、図４は図３のＩＶ−ＩＶ線断面図である。図３および図４に示すように、ターミナル５１４は、その一部が端子台５１３に内蔵されており、残りが端子台５１３から外側に露出している。このターミナル５１４は、銅あるいは銅合金によって形成された第１部材５１４Ａと、アルミニウムあるいは銅よりも低コストの金属によって形成された第２部材５１４Ｂとを含んでいる。

第１部材５１４Ａと第２部材５１４Ｂは、重複して配置された接合部５１４Ｃによって互いに接合されている。接合部５１４Ｃでは、例えば、超音波接合、半田付け、ろう付け、かしめ、圧接、爆着、爆発圧接等の各種の手法を用いて、第１部材５１４Ａと第２部材５１４Ｂが接合される。この接合部５１４Ｃは、端子台５１３に内蔵されており、外部に露出しないようになっている。

また、第１部材５１４Ａは、プラス側整流素子５０２のリード部に接合される端部５１４Ｄと、マイナス側整流素子５０４のリード部に接合される端部５１４Ｅを有する。また、第２部材５１４Ｂは、固定子巻線４ａの引出し線に接合される端部５１４Ｆを有する。固定子巻線４ａの引出し線と端部５１４Ｆは、例えば値Ｔｉｇ溶接によって接合される。さらに、第１部材５１４Ａおよび第２部材５１４Ｂのそれぞれの導通方向に垂直な面の断面積は異なっている。例えば、第２部材５１４Ｂをアルミニウムで形成した場合には、銅あるいは銅合金で形成された第１部材５１４Ａよりも強度が小さくなるが、第２部材５１４Ｂの断面積の方を大きくすることで、必要な強度の確保が可能になる。

このように、本実施形態の車両用交流発電機１００では、銅あるいは銅合金以外の金属で形成された固定子巻線４ａを用いる場合に、固定子巻線４ａの引出し線と整流器５のターミナル５１４との間が同種金属間の接続となるため、溶接などによる接合が容易となる。また、固定子巻線４ａを単一の金属材料で形成することができるため、異種金属を組み合わせる場合のような自然電位差による電食の発生に伴う接合強度の低下を防止することができる。特に、コストダウンや軽量化を目的として固定子巻線４ａの全体をアルミニウムの導線で形成した場合であっても、第２部材５１４Ｂをアルミニウムとすることにより、これらの間の接続を同じアルミニウム同士の接合によって行うことができるようになる。すなわち、固定子巻線４ａの全体をアルミニウムの導線で形成しやすくなり、固定子巻線４ａを含む車両用交流発電機１００全体の軽量化やコストダウンを実現することができる。

また、第１部材５１４Ａと第２部材５１４Ｂの接合部５１４Ｃが絶縁部材である端子台５１３の内部に形成されており、絶縁部材で覆われる部分に２種類の部材間の異種金属の接合部５１４Ｃが形成されるため、電食の進行を防止することができる。また、接合部５１４Ｃが外部に露出しないため接合部５１４Ｃを別の絶縁部材で被覆する等の特別な工程が不要になり、組み付け工程への影響も小さく、コスト上昇を抑えることができる。

また、第２部材５１４Ｂの導通方向に垂直な面の断面積と、第１部材５１４Ａの導通方向に垂直な面の断面積とを異ならせることにより、これらの部材の強度が異なる場合であっても、強度が小さい方の部材（例えば、銅とアルミニウムを用いる場合にはアルミニウム）の断面積を大きくすることで、必要な強度の確保が可能になる。

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、一つのターミナル５１４について１箇所の接合部５１４Ｃを設けたが、複数箇所の接合部を設けるようにしてもよい。図５は、ターミナル５１４に設けられた接合部５１４Ｃの変形例を示す図である。図５（Ａ）は、図３に示した実施形態のターミナル５１４を概略的に示したものであり、１箇所の接合部５１４Ｃが設けられている。これに対し、図５（Ｂ）に示す例では、ターミナル５１４に２箇所の接合部５１４Ｃが設けられている。

一実施形態の車両用交流発電機の断面図である。 整流器の平面図である。 端子台に内蔵されたターミナルの詳細形状を示す図である。 図３のＩＶ−ＩＶ線断面図である。 ターミナルに設けられた接合部の変形例を示す図である。

符号の説明

１ プーリ
２ 回転子
３ａ フロントフレーム
３ｂ リアフレーム
４ 固定子
５ 整流器
８ 保護カバー
１００ 車両用交流発電機
５１３ 端子台
５１４ ターミナル
５１４Ａ 第１部材
５１４Ｂ 第２部材
５１４Ｃ 接合部
５１４Ｄ、５１４Ｅ、５１４Ｆ 端部

Claims (2)

1. 銅および銅合金以外の金属により形成される固定子巻線と、前記固定子巻線から出力される交流電圧を整流するブリッジ回路を形成する複数の整流素子を含む整流器とを備える車両用交流発電機において、
   前記ブリッジ回路を形成するターミナルの電気導体は、前記整流素子に接続される部分が銅あるいは銅合金からなる第１部材と、前記固定子巻線に接続される部分が前記固定子巻線と同じ材質あるいは同種金属の合金材からなる第２部材とで形成され、
   前記第１部材と前記第２部材の接合部分が前記整流器の絶縁部材の内部に形成され、
   前記絶縁部材は、プラス側放熱フィンおよびマイナス側放熱フィンのそれぞれを支持するとともにこれらの間を電気的に絶縁する部材からなる端子台であ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、
   前記第２部材の導通方向に垂直な面の断面積は、前記第１部材の導通方向に垂直な面の断面積と異なることを特徴とする車両用交流発電機。

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