JP4470927B2 - 車両用交流発電機 - Google Patents

Description

本発明は、車両用交流発電機に関し、特にフレ−ムの一外端面に電気部品囲包用の樹脂カバ−（以下、エンドカバーとも言う）を有する車両用交流発電機に関する。

下記の特許文献１は、フレ−ムの外端面に固定された整流装置をエンドカバーで覆う構造を記載している。エンドカバーは、整流装置を冷却するための冷却空気流が流れ込む冷却窓を有している。整流装置は、整流素子を固定し冷却する冷却フィンを有している。冷却フィンは、エンドカバーに対面しつつ略径方向に延在する平坦なプレート部と、このプレート部からエンドカバーに向けて突出するリブ部とを有している。リブ部の形成により、冷却フィンの放熱面積が増大するため冷却フィンの温度を抑制することができる。
特開平１１−１６４５３８号公報

近年における車両用交流発電機の小型化傾向により、整流装置の冷却フィン特にそのリブ部とそれを囲包するエンドカバーとの間の隙間が狭小となっている。

冷却フィンは高温となるため、冷却フィンに小さな隙間を挟んで対面するエンドカバーの温度も上昇する。樹脂製のエンドカバーは大きな熱膨張率をもつが、エンドカバーへ向けて突出している冷却フィンのリブ部に対向するエンドカバーの部分（以下、リブ部近接部とも言う）は、冷却フィンのプレート部に対向するエンドカバーの部分（プレート部近接部とも言う）よりも冷却フィンに近接することになるため、リブ部近接部の温度はプレート部近接部の温度より高くなる。その結果、リブ部近接部とプレート部近接部との熱膨脹量の差により、エンドカバー各部、たとえばリブ部近接部とプレート部近接部との境界部に局所的に熱ストレス（熱膨脹による応力）が発生する。この熱ストレスは冷却フィンが高温となるたびに繰り返されるため、エンドカバーの耐久性を低下させる。

エンドカバーを冷却フィンから外側に十分離すことによりこの問題は軽減されるが、車両用交流発電機のサイズが増大してしまう。エンドカバーを厚く形成し、その機械的強度を増大させることも有効であるが、樹脂使用量が増加してしまう。

本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、車両用交流発電機のサイズの増大を抑止しかつ樹脂使用量を増大させることなくエンドカバーの耐久性を向上することをその目的としている。

上記課題を解決する各発明は、ロータおよびステ−タを収容するフレ−ム、このフレ−ムの外端面に固定されて前記ステータのステータコイルの発電電圧を整流する整流装置を含む電気部品、および、前記フレームに固定されて前記電気部品を覆う樹脂成形品からなるエンドカバーを備え、前記整流装置が、略径方向に延在する平坦なプレート部と、前記プレート部から前記エンドカバーに向けて突出するリブ部とを有して前記エンドカバーに対向する冷却フィンを有する車両用交流発電機に適用される。この種の車両用交流発電機は、リブ部が冷却フィンの放熱面積を増大させるとともに冷却フィンの剛性も増大させる。

第１発明は特に、エンドカバーのうちリブ部に近い部分であるリブ部近接部が、エンドカバーのうちリブ部よりも遠い部分であるプレート部近接部よりも薄肉とされていることを特徴としている。

以下、作用を説明する。

エンドカバーのリブ部近接部及びプレート部近接部は高温の冷却フィンからの受熱により熱膨脹する。この熱膨脹は、径方向及び軸（厚さ）方向に生じる。この径方向への熱膨張はエンドカバーの径を増大させるように働くが、エンドカバー各部におけるこの力は、エンドカバー各部の厚さが大きいほど、力の発生源となる樹脂量が多いため強くなる。また、軸方向への熱膨張はエンドカバーの厚さを増大させるように働くが、エンドカバー各部におけるこの力もエンドカバー各部の厚さが大きいほど、力の発生源となる樹脂量が多いため強くなる。つまり、エンドカバーが厚いほど大きな熱膨張による力が増大する。また、温度が高いほど、エンドカバーの熱膨張による力が増大する。

そこで、この発明では、相対的に高温となるエンドカバーのリブ部近接部を、相対的に低温となるエンドカバーのプレート部近接部よりも薄肉としたため、リブ部近接部の熱膨張量全体とプレート部近接部の熱膨張量全体とをバランスさせることができる。これは、前者が単位質量当たりの熱膨張量は相対的に大きいものの膨張実体である樹脂量が相対的に少なく、後者がその逆であるためである。これにより、エンドカバーの使用樹脂量を増大したり、エンドカバーを大幅に冷却フィンから離して配置することなく、エンドカバー各部の熱ストレスのばらつきを緩和することができ、その耐久性を向上することができる。

好適な態様において、前記エンドカバーのうち前記リブ部に対向する部分（リブ部近接部）の内面を前記エンドカバー外側へ凹ませることにより、前記エンドカバーのうち前記リブ部に対向する部分（リブ部近接部）は、前方エンドカバーの前記プレート部に対向する部分（プレート部近接部）よりも薄肉に形成されている。このようにすれば、上記効果に加えて、前記エンドカバーのリブ部に対向する部分（フィン近接部）とリブ部との間の距離を、冷却フィン全体を冷却フィンから引き離すことなく増大できるため、リブ部がフィン近接部に与える熱量を低減することができ、これによりエンドカバー各部の熱ストレスのばらつきを更に緩和することができる。なお、リブ部に対面する面を凹ませてなるエンドカバーのフィン近接部をリブ部とともに放射状に形成することが更に好適である。これにより、上記エンドカバーの局部的薄肉化によるエンドカバーの軸方向への剛性低下を抑止することができる。

第２発明は特に、前記エンドカバーの前記冷却フィン側の表面は、前記リブ部近傍にて前記プレート部近傍よりも前記エンドカバーの外側へ凹んでいることを特徴としている。このようにすれば、リブ部に対向する部分（リブ部近接部）とリブ部との間の軸方向距離と、プレート部に対向する部分（プレート部近接部）とプレート部との間の軸方向距離との差を減らすことができるため、エンドカバーのリブ部近接部とプレート部近接部との熱膨張のばらつきを減らすことができる。

好適な態様において、前記エンドカバーは、前記リブ部近傍にて前記エンドカバーの外側へ湾曲している。このようにすれば、エンドカバーの局所的薄肉化が不要となり、それによる剛性低下を防止することができる。

なお、前記エンドカバーの前記リブ部に対向する部分は、前記リブ部に沿いつつ開口する冷却空気流吸入窓を有することが可能である。このようにすれば、エンドカバーは、リブ部の外側に存在しないために、エンドカバーの他の部分よりも高温となることがなく、それによる上記熱ストレス問題の発生を防止することができる。また、リブ部がエンドカバーに更に近接配置することが可能となり、しかもリブ部の振動がエンドカバーを振動させることがない。また、冷却空気流吸入窓がリブ部に沿いつつ開口されているため、リブ部を良好に冷却することができる。また、冷却空気流吸入窓から流入する冷却空気流をリブ部により絞ってそのノズル効果により増速することが容易なため、増速した冷却空気流によりリブ部やその近傍のプレート部を良好に冷却することができる。

また、前記リブ部及び前記冷却空気流吸入窓は、放射方向に配置することが可能である。このようにすれば、冷却空気流吸入窓の設置によるエンドカバーの剛性低下を抑止することができる。

本発明の好適な態様を以下の実施例により説明する。

（実施形態１）
実施形態１を図１を参照して説明する。

（全体構成）
この車両用交流発電機１は、エンジン（図示せず）からプーリを介して回転力を受けて回転するロータ（回転子）２と、ロータ２を軸受けを通じて回転自在に支持する前側のフレーム３ａ及び後側のフレーム３ｂと、ロータ２を内包しつつフレーム３ａ、３ｂに固定されてロータ２の回転により発生する回転磁界により交流電圧を誘起するステータコイル４ａをもつステータ（固定子）４と、ステータコイル４ａから出力される交流電力を直流電力に変換する整流装置５と、整流装置５とにより整流された直流出力電圧を所望の値に調整するレギュレータ６と、ロータ２の界磁巻線２ａにスリップリングを通じて励磁電流を供給するブラシ７とを有している。８は、フレーム３ｂの後端壁に固定された整流装置５、レギュレータ６及びブラシ７を覆ってフレーム３ｂの後端壁に被せられ、締結された椀状のエンドカバーであり、エンドカバー８は、樹脂成形により形成されている。９は、ロータ２の端面に固定された冷却ファンであり、冷却ファン９の回転により、エンドカバー８の冷却空気流吸入窓８１、フレーム３ｂの冷却空気流吸入窓１０を通じてフレーム３ａ、３ｂ内に流入した冷却空気流を遠心方向又は軸方向へ付勢し、ステータコイル４ａなどを冷却する。この車両用交流発電機は、良く知られた通常のものと同じであるため、更なるその詳細な構造及び動作の説明は省略する。

（整流装置５）
整流装置５を図１、図２を参照して説明する。

整流装置５は、馬蹄形金属片からなる−フィン５１と、交流配線金属片がインサート成形された樹脂成型品である端子台５２と、馬蹄形金属片からなる＋フィン５３とを有している。−フィン５１、端子台５２及び＋フィン５３は、−フィン５１がフレーム３ｂ側、＋フィン５３がエンドカバー８側となるように重ねてフレーム３ｂに締結されている。もちろん、＋フィン５３はフレーム３ｂ及び−フィン５１から電気的に絶縁されている。なお、−フィン５１と＋フィン５３とを逆にしてもよいことは良く知られている。

−フィン５１には各相の負極側ダイオード５４が、＋フィン５３には各相の正極側ダイオード５６が固定され、負極側ダイオード５４のカソード電極リードと、正極側ダイオード５６のアノード電極リードとが、端子台５２から突出する各相の交流配線金属片に接続されている。ステータコイル４ａの各相のステータリード４ｂも各相の交流配線金属片に接続されている。−フィン５１は接地され、＋フィン５３には出力ターミナル５７が固定されている。端子台５２は、−フィン５１と＋フィン５３との間に介設されてそれらの間に電気絶縁間隔を確保するとともに上記した交流配線金属片の固定機能も有する。

この実施形態では、−フィン５１及び＋フィン５３はアルミダイキャスト成形により構成されているが、アルミ板などのプレス加工により形成しても良い。−フィン５１及び＋フィン５３は、それぞれ径方向に延在している。図２に示すように、＋フィン５３は−フィン５１よりも径小に形成されている。＋フィン５３は、径方向に延在する平坦なプレート部５３１と、プレート部５３１のエンドカバー８側の平坦面から軸方向エンドカバー８側に突出するとともに放射状に延在する多数のリブ部５３２とを有している。各リブ部５３２は直線状に形成されているがこれは必須ではない。リブ部５３２は、＋フィン５３のプレート部５３１に嵌め込まれる正極側ダイオード５６や締結部位の位置を避けて形成されている。

この実施形態では、リブ部５３２はプレート部５３１よりも軸方向後方へ約１０ｍｍ突出している。このリブ部５３２の設置により、＋フィン５３の径を増大させることなくその放熱面積を増大することができる。また、エンドカバー８の冷却空気流吸入窓８１から軸方向に流入した冷却空気流は、リブ部５３２を冷却しつつリブ部５３２に誘導されて径外方向及び径内方向へ分かれて円滑に分流する。すなわち、エンドカバー８内に流入した冷却空気流の整流によりその流体損失を低減する効果ももつ。なお、冷却空気流は、エンドカバー８の周壁部とフレーム３ａの外周縁との間の隙間からも径内方向に流入する。

（エンドカバー８）
エンドカバー８は、樹脂成形により略平底椀状に形成されている。エンドカバー８は、図１に示すようにその底部に多数の冷却空気流吸入窓８１を有している。

この実施形態のエンドカバー８の特徴を図３を用いて説明する。この実施形態では、エンドカバー８のうち＋フィン５３のリブ部５３２に近い部分であるリブ部近接部８２が、エンドカバー８のうちリブ部５３２よりも遠い部分であるプレート部近接部８３よりも外側へ凹んで薄肉となっている。このようにすれば、既述したように、エンドカバー８の各部熱ストレスのばらつきを低減してエンドカバー８の耐疲労性を向上することができる。

（実施形態２）
実施形態２を図４を参照して説明する。この実施形態は、図３に示す実施形態１のエンドカバー８の形状を変更したものである。

この実施形態では、エンドカバー８のうち＋フィン５３のリブ部５３２に近い部分であるリブ部近接部８２が、エンドカバー８のうちリブ部５３２よりも遠い部分であるプレート部近接部８３よりも外側へ湾曲している。このようにすれば、既述したように、エンドカバー８の各部熱ストレスのばらつきを低減してエンドカバー８の耐疲労性を向上することができる。

（実施形態３）
実施形態３を図５を参照して説明する。この実施形態は、図３に示す実施形態１のエンドカバー８の形状を変更したものである。

この実施形態では、エンドカバー８のうち＋フィン５３のリブ部５３２に近い部分であるリブ部近接部が、冷却空気流吸入窓８１となっている。このようにすれば、既述したように、エンドカバー８の各部熱ストレスのばらつきを低減してエンドカバー８の耐疲労性を向上することができる。

更に説明する。各リブ部５３２は放射方向に形成されているため、冷却空気流吸入窓８１も放射状に延在する線状の貫通溝とされ、冷却空気流吸入窓８１は、図５に示すようにリブ部５３２と軸方向にみて等しい位置に形成されている。

このようにすれば、エンドカバー８のうち最も＋フィン５３に近い部分が冷却空気流吸入窓８１となるため、エンドカバー８の上記熱ストレスばらつきを良好に防止することができる。また、リブ部５３２をエンドカバー８に近接配置することもできる。更に、冷却空気流吸入窓８１から流入する冷却空気流によりリブ部５３２を良好に冷却することができる。

実施形態１の車両用交流発電機の軸方向断面図である。 図１の車両用交流発電機の整流装置を後ろから見た正面図である。 実施形態１の特徴を示す冷却フィンとエンドカバーとの一部拡大軸方向断面図である。 実施形態２の特徴を示す冷却フィンとエンドカバーとの一部拡大軸方向断面図である。 実施形態３の特徴を示す冷却フィンとエンドカバーとの一部拡大軸方向断面図である。

符号の説明

１ 車両用交流発電機
２ ロータ
２ａ 界磁巻線
３ａ フレーム
３ｂ フレーム
４ ステータ
４ａ ステータコイル
４ｂ ステータリード
５ 整流装置
６ レギュレータ
７ ブラシ
８ エンドカバー
９ 冷却ファン
１０ フレームの冷却空気流吸入窓
５１ −フィン
５２ 端子台
５３ ＋フィン
５４ 負極側ダイオード
５６ 正極側ダイオード
５７ 出力ターミナル
８１ エンドカバーの冷却空気流吸入窓
８２ エンドカバーのリブ部近接部
８３ エンドカバーのプレート部近接部
５３１ ＋フィンのプレート部
５３２ ＋フィンのリブ部

Claims (4)

1. ロータおよびステ−タを収容するフレ−ム、このフレ−ムの外端面に固定されて前記ステータのステータコイルの発電電圧を整流する整流装置を含む電気部品、および、前記フレームに固定されて前記電気部品を覆う樹脂成形品からなるエンドカバーを備え、
   前記整流装置は、略径方向に延在する平坦なプレート部と、前記プレート部から前記エンドカバーに向けて突出するリブ部とを有して前記エンドカバーに対向する冷却フィンを有する車両用交流発電機において、
   前記エンドカバーは、前記プレート部に隙間を挟んで対面するプレート部近接部と、前記リブ部に隙間を挟んで対面し、前記プレート部近接部よりも前記冷却フィンに近接するリブ部近接部とを含んで略平底椀状に形成されると共に、
   前記エンドカバーのうち、前記リブ部に近い前記リブ部近接部部分が、前記リブ部よりも遠い前記プレート部近接部部分よりも薄肉とされていることを特徴とする車両用交流発電機。
2. 請求項１記載の車両用交流発電機において、
   前記エンドカバーのうち前記リブ部に対向する部分の内面を前記エンドカバーの外側へ凹ませることにより、前記エンドカバーのうち前記リブ部に対向する部分は、前記エンドカバーの前記プレート部に対向する部分よりも薄肉に形成されている車両用交流発電機。
3. ロータおよびステ−タを収容するフレ−ム、このフレ−ムの外端面に固定されて前記ステータのステータコイルの発電電圧を整流する整流装置を含む電気部品、および、前記フレームに固定されて前記電気部品を覆う樹脂成形品からなるエンドカバーを備え、
   前記整流装置は、略径方向に延在する平坦なプレート部と、前記プレート部から前記エンドカバーに向けて突出するリブ部とを有して前記エンドカバーに対向する冷却フィンを有する車両用交流発電機において、
   前記エンドカバーの前記冷却フィン側の表面は、前記リブ部近傍にて前記プレート部近傍よりも軸方向外側へ凹んでいることを特徴とする車両用交流発電機。
4. 請求項３記載の車両用交流発電機において、
   前記エンドカバーは、前記リブ部近傍にて前記エンドカバーの外側へ湾曲している車両用交流発電機。

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