JP4859788B2 - 車両用交流発電機 - Google Patents

Description

本発明は、エンジン等により回転駆動されて電気負荷に電力を供給する車両用交流発電機に係り、特に、電力を取り出す出力端子の保持部に特徴と有する車両用交流発電機に関する。

交流電力を直流電力に変換するための整流装置を内蔵した車両用交流発電機において、直流電力をクーリングプレートに固着された出力端子を介して外部に取り出すことは一般に広く採用されている。

また、出力端子を絶縁保護するための保護部材の割れを防止し、かつ出力線を取り付けるための固定部材の緩みを防止するために、出力端子取り付け用筒状突起（筒状ボス部）をヒートシンクと一体に形成し、その中空部にボルト状に形成された前記出力端子を発電機の内側から嵌入することが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開平４−１６５９４９号公報

しかしながら、特許文献１記載のものでは、発電機外部の負荷側のターミナルが、筒状ボスに着座して固定された状態でエンジン側からの振動を受けて振動した場合、筒状ボスも振動することになり、該筒状ボスと一体に成形された正極側クーリングプレートにも前記振動に応じて引張や圧縮応力が生じることがある。

一方、正極側クーリングプレートには、交流電力を直流電力に変換する半導体素子が設置されているため、前述のターミナルの振動によって正極側クーリングプレートに発生した応力は、半導体素子に伝達して半導体素子の寿命を低下させる懸念があった。

本発明の目的は、外部負荷が接続されるターミナルの振動を整流装置のクーリングプレートに装着される半導体素子へ伝達されるのを阻止して、信頼性の高い車両用交流発電機を提供することにある。

（１）上記目的を達成するために、本発明は、ハウジングと、該ハウジングに収容されて保持された固定子鉄心と、該固定子鉄心に回転空隙をもって対向配置された回転子と、前記固定子鉄心に巻装された巻線にて誘起される交流電力を直流電力に変換する整流器と、該整流器により直流に変換された電力を前記ハウジングの外部に取り出すための発電機側出力端子と、該出力端子を貫通保持し、かつ前記整流器を装着したクーリングプレートと一体に形成された筒状ボス部とを有する交流発電機であって、前記筒状ボスは、その付け根部周囲に振動応力緩衝部を備えるようにしたものである。
かかる構成により、外部負荷が接続されるターミナルの振動を整流装置のクーリングプレートに装着される半導体素子へ伝達されるのを阻止して、信頼性を向上し得るものとなる。

（２）上記（１）において、好ましくは、前記振動応力緩衝部は、少なくとも、前記整流器側位置方向に開口された空間部である。

（３）上記（２）において、好ましくは、前記整流器側位置方向に開口された空間は、筒状ボスとクーリングプレート間を結び環状方向に断片的に形成されたクーリングプレート肉部によって形成されているものである。

（４）上記（２）において、好ましくは、前記整流器側位置方向に開口された空間は、薄肉部によって形成された凹溝である。

（５）上記（２）もしくは（３）において、好ましくは、前記空間は、クーリングプレートを貫通しているものである。

本発明によれば、外部負荷が接続されるターミナルの振動を整流装置のクーリングプレートに装着される半導体素子へ伝達されるのを阻止して、信頼性を向上できる。

以下、図１〜図４を用いて、本発明の一実施形態による車両用交流発電機の構成について説明する。なお、以下の例では、交流発電機として、車両用水冷式オルタネータを例示している。
最初に、図１を用いて、本実施形態による車両用交流発電機の全体構成について説明する。
図１は、本発明の一実施形態による車両用交流発電機の全体構成を示す断面図である。

回転子軸１には、界磁巻線３を装着した回転子４が固定され、その周囲に微小空隙を介して固定子鉄心５が配置されている。固定子鉄心５には、固定子巻線６が装着されている。回転子軸１の両端は、軸受７，８を介して一対のハウジング（フロントハウジング，リアハウジング）９，１０により保持されている。また、固定子鉄心５は、圧入，焼きばめなどにより、リアハウジング１０の内周面と密着固定されている。

リアハウジング１０から突出する回転子軸１の一端１ａの周りには、界磁巻線３の電流供給用のスリップリング１２が配置されている。スリップリング１２は、界磁巻線３に接続されている。スリップリング１２は、ブラシホルダ１４に保持されたブラシと接触している。ブラシホルダ１４と一体に、出力電力を制御するためのパワーモジュール（図示せず）が備えられている。外部からの制御指令によりパワーモジュールが駆動され、界磁巻線３に供給する界磁電流が制御されることで、交流発電機の出力電力が制御される。

リアハウジング１０から突出する回転子軸１の他端には、プーリ２が固定されている。プーリ２には、エンジン等の駆動力源からの駆動力が伝達され、回転子４が回転される。

リアハウジング１０の外面には、半導体素子が設置された整流装置１５が取付けられている。整流装置１５は、ハウジング１０に設置されたボルト１７と、ナット１８により、ハウジング１０に固定される。

整流装置１５は、固定子巻線６に誘起された交流電力を、直流電力に変換する装置であり、直流電力に変換する半導体素子を有する負極側装置と正極側装置、及び、整流回路を構成する導電性部材を有する回路端子２４から構成される。

整流装置１５の負極側装置の半導体素子が設置された負極側クーリングプレート２１は、水路を構成するハウジングの一部を構成している。すなわち、ハウジング１０の外周側には、円周方向に凹部１０ａが形成されている。凹部１０ａの開口部を負極側クーリングプレート２１によりふさぐことで、凹部１０ａは冷却水通路となり、この通路内に冷却水が流通する。

整流装置１５の正極側装置の半導体素子が設置された正極側クーリングプレート２２は、絶縁体（図３の絶縁体２３）により負極側クーリングプレート２１と絶縁されている。また、正極側クーリングプレート２２には、半導体素子の他に、直流電力を発電機外部に出力するための出力端子２５が設置される。出力端子２５の周囲には、発電機外部の負荷のターミナルの着座する面を有する概略筒状のボス部２６が設置されている。ボス部２６は、正極側クーリングプレート２２と一体構造となっている。

固定子巻線６に誘起される交流電力は、コイル端子１３を通して、整流装置１５に出力される。整流装置１５，ブラシホルダ１４，パワーモジュールは、リアカバー１６により覆われている。

回転子４には、ファン１１が固定され、回転子４の回転時にハウジングやリアカバーに設けた外部空気取り入れ部（図示せず）を介してオルタネータ内部に冷却風が通過するようにしてある。冷却風は、オルタネータの界磁巻線３及び整流装置１５から生じる熱を奪って発電効率を高めている。

次に、図２を用いて、本実施形態による車両用交流発電機の回転軸一方端側の構成について説明する。
図２は、本発明の一実施形態による車両用交流発電機の回転軸一方端側の構成を示す平面図である。なお、図１と同一符号は、同一部分を示している。

整流装置１５の負極側装置は、負極側クーリングプレート２１と、６個の半導体素子３１ｂ１，３１ｂ２，３１ｂ３，３１ｂ４，３１ｂ５，３１ｂ６とから構成される。半導体素子３１ｂ１，…，３１ｂ６は、整流用のダイオードである。半導体素子３１ｂ１，…，３１ｂ６は、負極側クーリングプレート２１に圧入により固定されている。負極側クーリングプレート２１は、図１に示して説明したように、水路を構成するとともに、整流回路の一端を担っている。半導体素子３１ｂ１，…，３１ｂ６の熱は、負極側クーリングプレート２１に伝熱されることで、整流装置全体で冷却する構造となっている。

整流装置１５の正極側装置は、正極側クーリングプレート２２と、６個の半導体素子３１ａ１，３１ａ２，３１ａ３，３１ａ４，３１ａ５，３１ａ６から構成される。半導体素子３１ａ１，…，３１ａ６は、正極側クーリングプレート２２に圧入により固定されており、半導体素子３１ａ１，…，３１ａ６の熱は、正極側クーリングプレート２２から負極側クーリングプレート２１に伝熱されることで、整流装置全体で冷却する構造となっている。

負極側装置及び正極側装置の半導体素子３１ｂ１，…，３１ｂ６，３１ａ１，…，３１ａ６の一端は、回路端子２４の有する導電性部材の一端と溶接等により接合され、整流回路を構成する。

次に、図３及び図４を用いて、本実施形態による車両用交流発電機の整流装置と出力端子付近の構成について説明する。
図３は、本発明の一実施形態による車両用交流発電機の整流装置と出力端子付近の構成を示す斜視図である。図４は、本発明の一実施形態による車両用交流発電機の整流装置と出力端子付近の構成を示す断面図である。なお、図３及び図４において、図１及び図２と同一符号は、同一部分を示している。

図３に示すように、回路端子２４は、整流装置１５をハウジング１０に固定するためのナット１８の着座面２４ａを有しており、ナット１８とボルト１７の締結力を伝達する役割を担う。正極側クーリングプレート２２は、回路端子２４により固定される構造となっている。

整流装置１５の正極側装置の半導体素子が設置された正極側クーリングプレート２２は、絶縁体２３により、負極側クーリングプレート２１と絶縁されている。

図４に示すように、出力端子２５の周囲には、発電機外部の負荷のターミナル５０の着座する面を有する概略筒状のボス部２６が設置されている。ボス部２６は、正極側クーリングプレート２２と一体構造となっている。ターミナル５０は、締結部材５１により、出力端子２５とボス部２６に固定される。

正極側クーリングプレート２２には、発電機外部へ直流電力を出力するための出力端子２５が、正極側クーリングプレート２２の半導体素子３１ａ１が設置される面２２ａ（本例では、径方向）に対して、概略直角方向（本例では、軸方向）に圧入にされ、固定されている。

出力端子２５の周囲には、概略筒状のボス部２６が設置されている。ボス部２６は、正極側クーリングプレート２２と一体構造となっている。つまり、正極側クーリングプレート２２の半導体素子３１ａ１が設置される面２２ａ（本例では、径方向）に対して、概略直角方向（本例では、軸方向）に、ボス部２６が一体成形されている。

ここで、正極側クーリングプレート２２において、ボス部２６を形成するために半導体素子３１ａ１が設置される面２２ａから概略直角方向（本例では、軸方向）に変形する部位（図４の点線で囲まれた部位）を、ボス根元部４０と称する。

ボス部２６は、正極側クーリングプレート２２に一体成形されているものの、ボス根元部４０の一部分には、空隙部４１が設けられているため、ボス部２６は、空隙部４１以外のボス根元部のクーリングプレート肉部４２により支えられる構造となっている。これらの空隙部４１及びクーリングプレート肉部４２により、振動応力緩衝部を構成している。

図３に示すように、ボス根元部４０の空隙部４１の一つは、正極側クーリングプレート２２に設置された半導体素子３１ａ１，…，３１ａ６のうち、ボス部２６から最も近い半導体素子３１ａ１の方向に設置されている。

図４に示すように、ボス根元部４０のクーリングプレート肉部４２は、ボス部２６から正極側クーリングプレート２２の半導体素子が設置される面２２ａに対して、リブ形状を成している。

図３に示すように、ボス根元部４０のクーリングプレート肉部４２の一つは、正極側クーリングプレート２２を含む整流装置１５をハウジング１０に固定しているボルト１７、ナット１８の締結部位の方向に位置している。

なお、空隙部４１には、シリコンゴムなどの緩衝材を充填するようにしてもよいものである。

以上説明した構成を有するため、発電機に接続される発電機外部のターミナルが振動した場合、ターミナルの着座面となるボス部２６も振動することとなり、ボス部２６が一体成形されている正極側クーリングプレート２２、特にボス根元部４０には、応力が発生する。しかしながら、ボス根元部４０のクーリングプレート肉部４２には応力は発生するものの、空隙部４１には応力が発生しない。これにより、正極側クーリングプレート２２の空隙部４１が位置している方向には応力発生が抑制され、発電機外部の負荷接続ターミナルの振動による近接した半導体素子３１ａ１への応力発生を抑制することができる。

また、ボス根元部の肉部４２のひとつが、整流装置１５の固定点の方向に位置していることから、ボス部２６を支持する剛性が向上して、発電機外部の負荷接続ターミナルの振動によるボス部２６の振動を抑制することができるため、前述の空隙による応力抑制効果をさらに向上させることができる。

また、ボス根元部の肉部４２をリブ状とすることで、ボス部２６を支持する剛性が向上して、発電機外部の負荷接続ターミナルの振動によるボス部２６の振動を抑制することができるため、前述の空隙による応力抑制効果をさらに向上させることができる。

また、発電機外部の負荷のターミナル５０が正極側クーリングプレート２２より高温の場合や、ボス部２６が発熱により正極側クーリングプレートより高温の場合において、ターミナルやボス部の熱は、正極側クーリングプレートに伝熱して、正極側クーリングプレートに設置された半導体素子の温度を上昇させ、熱による半導体素子の寿命低下も懸念される。それに対しては、ボス根元４０の正極側クーリングプレート２２に設置された半導体素子３１ａ１方向には空隙部４１が設けられているため、空隙が無い場合に比較してターミナル５０から、或いは、ボス部２６からの伝熱距離が長く熱抵抗が大きくなるため、半導体素子３１への伝熱が抑制することができる。

以上説明したように、本実施形態によれば、出力端子を貫通保持する筒状ボス部の付け根部周囲に振動応力緩衝部を形成することによって、外部負荷が接続されるターミナルの振動を、整流装置のクーリングプレートに装着される半導体素子へ伝達されるのを阻止して、信頼性の高い発電機を提供することができる。

次に、図５を用いて、本発明の他の実施形態による車両用交流発電機の構成について説明する。なお、以下の例では、交流発電機として、車両用水冷式オルタネータを例示している。また、本実施形態による車両用交流発電機の全体構成は、図１に示したものと同様である。また、本実施形態による車両用交流発電機の回転軸一方端側の構成は、図２に示したものと同様である。
図５は、本発明の他の実施形態による車両用交流発電機の整流装置と出力端子付近の構成を示す断面図である。なお、図１〜図４と同一符号は、同一部分を示している。

本実施形態では、ボス根元部４０は、図４と同様なクーリングプレート肉部４２と、肉部４２に対して部材の肉厚を薄く残して形成した薄肉部４３及び空隙部（凹溝）４２ａを形成している。空隙部４２ａは、図３に示した第１実施形態と同様に、正極側クーリングプレート２２に設置された半導体素子３１ａ１を向いた方向にある角度を持って設けている。これらの薄肉部４３，空隙部４２ａ及びクーリングプレート肉部４２により、振動応力緩衝部を構成している。

なお、空隙部４２ａには、シリコンゴムなどの緩衝材を充填するようにしてもよいものである。

以上説明した構成を有するため、薄肉部４３には応力が発生するものの、反対位置にある肉部４２に比較して剛性が低いため応力発生範囲は薄肉部の局部的な範囲にとどまり、薄肉部４３が位置している正極側クーリングプレート２２に設置された半導体素子３１ａ方向には、応力発生が抑制され、発電機外部の負荷接続ターミナルの振動による半導体素子３１ａへの応力発生を抑制することができる。

また、ボス根元部の肉部４２のひとつが、整流装置１５の固定点の方向に位置していることから、ボス部２６を支持する剛性が向上して、発電機外部の負荷接続ターミナルの振動によるボス部２６の振動を抑制することができるため、前述の薄肉部４３による応力抑制効果をさらに向上させることができる。

また、ボス根元部の肉部がリブ状とすることでボス部を支持する剛性が向上して、発電機外部の負荷接続ターミナルの振動によるボス部２６の振動を抑制することができるため、前述の薄肉部４３による応力抑制効果をさらに向上させることができる。

また、発電機に接続される発電機外部のターミナルが発電機より高温の場合やボス部２６が発熱により正極側クーリングプレートより高温の場合においても、ボス根元４０の、正極側クーリングプレート２２に設置された半導体素子３１ａ方向には薄肉部４３が設けられているため、クーリングプレート肉部４２に比較して熱抵抗が大きくなるため、ターミナル５０から、或いは、ボス部２６からの半導体素子３１ａへの伝熱を抑制することができる効果もある。

以上説明したように、本実施形態によれば、出力端子を貫通保持する筒状ボス部の付け根部周囲に振動応力緩衝部を形成することによって、外部負荷が接続されるターミナルの振動を、整流装置のクーリングプレートに装着される半導体素子へ伝達されるのを阻止して、信頼性の高い発電機を提供することができる。

本発明の一実施形態による車両用交流発電機の全体構成を示す断面図である。 本発明の一実施形態による車両用交流発電機の回転軸一方端側の構成を示す平面図である。 本発明の一実施形態による車両用交流発電機の整流装置と出力端子付近の構成を示す斜視図である。 本発明の一実施形態による車両用交流発電機の整流装置と出力端子付近の構成を示す断面図である。 発明の他の実施形態による車両用交流発電機の整流装置と出力端子付近の構成を示す断面図である。

符号の説明

１…回転子軸
２…プーリ
３…界磁巻線
４…回転子
５…固定子鉄心
６…固定子巻線
７，８…軸受
９…フロントハウジング
１０…リアハウジング
１１…ファン
１２…スリップリング
１３…コイル端子
１４…パワーモジュール
１５…整流装置
１６…リアカバー
１７…ボルト
１８…ナット
２１…負極側クーリングプレート
２２…正極側クーリングプレート
２２ａ…正極側クーリングプレートの半導体素子設置面
２３…絶縁体
２４…回路端子
２５…出力端子
２６…ボス部
３１…半導体素子
４０…ボス根元部
４１…ボス根元部のクーリングプレート空隙
４２…ボス根元部のクーリングプレート肉部
４２ａ…肉厚を薄く残して形勢した空隙部
４３…ボス根元部のクーリングプレート薄肉部
５０…発電機外部の負荷のターミナル
５１…締結部材

Claims (5)

1. ハウジングと、該ハウジングに収容されて保持された固定子鉄心と、該固定子鉄心に回転空隙をもって対向配置された回転子と、前記固定子鉄心に巻装された巻線にて誘起される交流電力を直流電力に変換する整流器と、該整流器により直流に変換された電力を前記ハウジングの外部に取り出すための発電機側出力端子と、該出力端子を貫通保持し、かつ前記整流器を装着したクーリングプレートと一体に形成された筒状ボス部とを有する交流発電機であって、
   前記筒状ボスは、その付け根部周囲に振動応力緩衝部を備え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、
   前記振動応力緩衝部は、少なくとも、前記整流器側位置方向に開口された空間部であることを特徴とする車両用交流発電機。
3. 請求項２記載の車両用交流発電機において、
   前記整流器側位置方向に開口された空間は、筒状ボスとクーリングプレート間を結び環状方向に断片的に形成されたクーリングプレート肉部によって形成されていることを特徴とする車両用交流発電機。
4. 請求項２記載の車両用交流発電機において、
   前記整流器側位置方向に開口された空間は、薄肉部によって形成された凹溝であることを特徴とする車両用交流発電機。
5. 請求項２もしくは請求項３のいずれかに記載の車両用交流発電機において、
   前記空間は、クーリングプレートを貫通していることを特徴とした車両用交流発電機。

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