JP5256892B2

JP5256892B2 - 車両用回転電機

Info

Publication number: JP5256892B2
Application number: JP2008175518A
Authority: JP
Inventors: 誉敏猪口; 邦宏阿部
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2008-07-04
Filing date: 2008-07-04
Publication date: 2013-08-07
Anticipated expiration: 2028-07-04
Also published as: JP2010017004A

Description

本発明は、乗用車やトラック等に搭載される車両用回転電機に関する。

従来から、車両に搭載される回転電機としての車両用交流発電機には、固定子によって発生した交流電圧を整流する整流装置が備わっている（例えば、特許文献１参照。）。この整流装置は、負極側放熱板、正極側放熱板、端子台を含んでいる。負極側放熱板および正極側放熱板のそれぞれに実装された各整流素子からは固定子用接続端子が突出しており、これらの固定子用接続端子には固定子コイルの引出し端部が直接接合される。
国際公開第２００４／０３８８９５号パンフレット

ところで、上述した特許文献１に開示された車両用交流発電機の整流装置では、各整流素子で発生した熱を負極側放熱板と正極側放熱板で放熱して各整流素子の冷却を行っているが、近年の小型化の要請から各放熱板の面積増加には限界があり、車載の電気負荷の増大に対処するために出力を増加しようとすると整流装置の温度が上昇するという問題があった。また、特許文献１に開示された整流装置では、整流素子から突出する固定子用接続端子に固定子コイルの引出し端部を直接接合する構造となっているが、固定子コイルの引出し線は変形しやすいことからその位置決め固定が容易ではない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、整流装置の冷却性を向上させるとともに、固定子の引出し線の固定が容易な車両用回転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、本発明の車両用回転電機は、回転子と、回転子と対向配置された固定子と、回転子および固定子とを支持するフレームと、フレームの外端面に固定される整流装置とを備え、整流装置はパワー素子を実装した放熱板を含んで構成され、固定子の引出し線がフレームに開けられた穴を通して整流装置と接続される車両用回転電機であって、整流装置は、引出し線が固定される固定部を有する端子台を備え、端子台は、冷却形状をなす熱伝導樹脂で形成されている。整流装置の端子台を冷却形状をなす熱伝導樹脂で形成することにより、パワー素子によって発生した熱や固定子から引出し線を介して伝わる熱を端子台で効率的に放熱することができ、整流装置の冷却性を向上させることができる。また、整流装置の端子台に引出し線を固定する固定部を設けることにより、引出し線の位置決め固定が容易となる。

また、上述した固定部は、フレームに設けられた穴に挿入されて前記引出し線を包囲する包囲部であって、この包囲部に形成された貫通穴に引出し線を通している。包囲部の貫通穴に引出し線を通すことにより、包囲部が引出し線を端子台に接合する際のガイドの役目をしつつ引出し線の位置決め固定をさらに容易にすることができるとともに、フレームに対する引出し線の電気絶縁と同時に整流装置の冷却性向上を実現することができる。

また、上述した冷却形状は、凹凸を有するフィン形状、複数のスリットを有する形状、あるいは、冷却風の取り込み口を有する形状であることが望ましい。これらの冷却形状を採用することにより、整流装置の放熱板の周囲を流れる冷却風によって同時に端子台を冷却することが可能となる。

また、上述したパワー素子は、ダイオードであることが望ましい。これにより、複雑な制御を行うことなしに整流装置に整流動作を行わせることが可能になる。

また、上述したパワー素子は、ＭＯＳトランジスタであることが望ましい。一般に、ＭＯＳトランジスタのソース・ドレイン間のオン抵抗は、シリコンダイオードの順方向抵抗に比べて低いため、シリコンダイオードの代わりにＭＯＳトランジスタを用いることにより、整流装置自体の発熱量を低減することができ、整流装置の温度をさらに下げることができる。

また、上述した熱伝導樹脂は、絶縁樹脂と無機質フィラーを含んでいることが望ましい。これにより、端子台の絶縁性を確保しつつ熱伝導率を高めることができる。

以下、本発明の車両用回転電機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、一実施形態の車両用交流発電機の全体構成を示す断面図である。図１に示す車両用交流発電機１は、固定子２、回転子３、ブラシ装置４、整流装置５、フレーム６、リヤカバー７、プーリ８等を含んで構成されている。

固定子２は、固定子鉄心２１と、この固定子鉄心２１に形成された複数個のスロットに所定の間隔で巻き回された三相の固定子巻線２３とを備えている。回転子３は、絶縁処理された銅線を円筒状かつ同心状に巻き回した界磁巻線３１を、それぞれが複数の磁極爪部を有するポールコア３２によって、回転軸３３を通して両側から挟み込んだ構造を有している。また、フロント側のポールコア３２の端面には、冷却ファン３４が溶接等によって取り付けられている。同様に、リヤ側のポールコア３２の端面には、冷却ファン３５が溶接等によって取り付けられている。

ブラシ装置４は、整流装置５から回転子３の界磁巻線に３１に励磁電流を流すためのものであり、回転子３の回転軸３３に形成されたスリップリング３６、３７のそれぞれに押圧するブラシ４１、４２を有する。

整流装置５は、フレーム６の外端面に固定されて、三相の固定子巻線２３の出力電圧である三相交流電圧を整流して直流の出力電力を得るためのものであり、配線用電極５６を内部に含む端子台５１と、所定の間隔で配置された正極側放熱板５２および負極側放熱板５３と、それぞれの放熱板に設けられた圧入穴に圧入することにより取り付けられた複数個のパワー素子としての正極側整流素子５４および負極側整流素子５５とを含んで構成されている。

フレーム６は、固定子２および回転子３を収容しており、回転子３が回転軸３３を中心に回転可能な状態で支持されているとともに、回転子３のポールコア３２の外周側に所定の隙間を介して配置された固定子２が固定されている。また、フレーム６は、固定子鉄心２１の軸方向端面から突出した固定子巻線２３に対向した部分に冷却風の吐出窓６１が、軸方向端面に冷却風の吸入窓６２がそれぞれ設けられている。リヤカバー７は、リヤ側のフレーム６の外側に取り付けられるブラシ装置４、整流装置５および制御装置１２の全体を覆って、これらを保護するためのものである。

上述した構造を有する車両用交流発電機１は、ベルト等を介してプーリ８にエンジン（図示せず）からの回転力が伝えられると回転子３が所定方向に回転する。この状態で回転子３の界磁巻線３１に外部から励磁電圧を印加することにより、ポールコア３２のそれぞれの爪部が励磁され、固定子巻線２３に三相交流電圧を発生させることができ、整流装置５の出力端子からは直流の出力電力が取り出される。

次に、整流装置５の詳細について説明する。図２は、整流装置５の平面図である。図３は、整流装置５を含む車両用交流発電機１の部分的な拡大断面図である。図４は、整流装置５の部分的な斜視図である。

整流装置５は、正極側放熱板５２と負極側放熱板５３を有している。正極側放熱板５２には複数の取付穴が形成されており、これらの取付穴に正極側整流素子５４が打ち込まれる。同様に、負極側放熱板５３には複数の取付穴が形成されており、これらの取付穴に負極側整流素子５５が打ち込まれる。正極側放熱板５２と負極側放熱板５３は、それぞれに打ち込まれた正極側整流素子５４および負極側整流素子５５の各リード部が互いに向き合うように配置されており、各リード部が端子台５１の配線用電極５６に接合されている。

端子台５１は、固定子巻線２３から整流装置側に軸方向（回転軸３３と平行な向き）に延びる引出し線２３ａが固定される固定部５７を有する。この固定部５７は、フレーム６に設けられた穴６３に挿入されて引出し線２３ａを包囲する包囲部であって、この包囲部に形成された貫通穴に引出し線２３ａを通し、貫通穴から突出した引出し線２３ａと配線用電極５６とが溶接等により互いに接合される。

図５は、車両用交流発電機１の結線図である。本実施形態では、整流装置５は、一般に用いられているシリコンダイオードよりも通電時の損失が少ないＭＯＳトランジスタ５ａ〜５ｆが整流素子として用いられている。制御装置１２は、界磁巻線３１に対する励磁電流の断続制御を行うとともに、整流装置５に備わった６個のＭＯＳトランジスタ５ａ〜５ｆの導通タイミングを制御する。これら６個のＭＯＳトランジスタ５ａ〜５ｆの内、３個のＭＯＳトランジスタ５ａ〜５ｃが正極側整流素子５４として正極側放熱板５２に接合され、他の３個のＭＯＳトランジスタ５ｄ〜５ｆが負極側整流素子５５として負極側放熱板５３に接合されている。ＭＯＳトランジスタ５ａ〜５ｆのそれぞれは、一般のシリコンダイオードに比べて導通時の損失が少ないため、整流装置５の発熱量を抑えることができる。

このため、本実施形態では、固定子巻線２３の引出し線２３ａを介して、温度が高い固定子２側から温度が低い整流装置５側へ熱が伝わらないような工夫がなされている。本実施形態の端子台５１は、冷却形状をなす熱伝導樹脂で形成されている。具体的には、上述した固定部５７が冷却形状に形成されており、端子台５１全体あるいは少なくとも固定部５７が熱伝導樹脂で形成されている。熱伝導樹脂としては、例えば、特開平１１−４６０４９号公報に記載された樹脂を用いることができる。この樹脂は、熱硬化性樹脂に放熱性を付与するための無機質フィラーを高濃度に充電した絶縁樹脂と無機質フィラーの混合物である。無機質フィラーとしては、アルミナ、シリカ、マグネシウム、窒化アルミニウム、窒化ホウ素などから選ばれた粒子を使用することができる。絶縁樹脂としては、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、シアネート樹脂などを使用することができる。

図６〜図１１は、冷却形状の具体例を示す固定部５７の斜視図である。これらの図に示す固定部５７Ａ〜５７Ｆはその一部（下端側）がフレーム６に形成された穴６３に挿入される。図６に示す例では、固定部５７Ａは、軸方向に沿って平行であって軸方向と垂直な向きに凹凸を有する板状の複数の冷却フィン１００を備えている。これらの冷却フィン１００に沿って冷却風が流れることにより、熱伝導樹脂で形成された固定部５７Ａが冷却される。

図７に示す例では、固定部５７Ｂは、軸方向に沿って形成された複数のスリット１０２を備えている。これらのスリット１０２を通して冷却風が流れることにより、熱伝導樹脂で形成された固定部５７Ｂが冷却される。

図８に示す例では、固定部５７Ｃは、円柱状（角柱でもよい）の複数の凸部からなる冷却フィン１０４を備えている。これらの冷却フィン１０４に沿って冷却風が流れることにより、熱伝導樹脂で形成された固定部５７Ｃが冷却される。

図９に示す例では、固定部５７Ｄは、冷却風の取り込み口１０６を備えている。この取り込み口１０６を通して冷却風が流れることにより、熱伝導樹脂で形成された固定部５７Ｄが冷却される。

図１０に示す例では、固定部５７Ｅは、径方向に沿って平行であって軸方向と垂直な向きに凹凸を有する板状の複数の冷却フィン１０８を側面に備えている。これらの冷却フィン１０８の隙間に沿って冷却風が流れることにより、熱伝導樹脂で形成された固定部５７Ｅが冷却される。

図１１に示す例では、固定部５７Ｆは、径方向に沿って平行であって軸方向と垂直な向きに凹凸を有する板状の複数の冷却フィン１１０を備えている。車両用交流発電機１を車両に組付けた場合、車両用交流発電機１は横向きに組み付けられる。従って冷却フィン１１０の方向は天地方向と一致するため、対流により風が流れやすくなり、熱伝導樹脂で形成された固定部５７Ｆが冷却される。

このように、本実施形態の車両用交流発電機１では、整流装置５の端子台５１を冷却形状をなす熱伝導樹脂で形成することにより、正極側整流素子５４や負極側整流素子５５によって発生した熱や固定子２から引出し線２３ａを介して伝わる熱を端子台５１で効率的に放熱することができ、整流装置５の冷却性を向上させることができる。また、整流装置５の端子台５１に引出し線２３ａを固定する固定部５７を設けることにより、引出し線２３ａの位置決め固定が容易となる。

特に、固定部５７を、フレーム６に設けられた穴６３に挿入されて引出し線２３ａを包囲する包囲部とし、この包囲部に形成された貫通穴に引出し線２３ａを通すことにより、引出し線２３ａの位置決め固定をさらに容易にすることができるとともに、フレーム６に対する引出し線２３ａの電気絶縁と同時に整流装置５の冷却性向上を実現することができる。

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、整流装置５に含まれるパワー素子として低損失素子であるＭＯＳトランジスタ５ａ〜５ｆを用いて構成したが、他の低損失素子（例えば低損失ダイオード）や一般のシリコンダイオード等を用いて整流装置を構成するようにしてもよい。ダイオードを用いる場合には、複雑な制御を行うことなしに整流装置に整流動作を行わせることが可能になる。また、ＭＯＳトランジスタが１枚のパワー基板に配置された整流装置についても、本発明を適用することができることは言うまでもない。

また、上述した実施形態では、発電機能を有する車両用交流発電機１について説明したが、発電機と電動機の機能を有する車両用回転電機に本発明を適用するようにしてもよい。この場合には、制御装置１２の制御によって整流装置５をインバータ動作させて固定子巻線２３に三相交流電圧を印加し、回転子３を回転させればよい。

一実施形態の車両用交流発電機の全体構成を示す断面図である。整流装置の平面図である。整流装置を含む車両用交流発電機の部分的な拡大断面図である。整流装置の部分的な斜視図である。車両用交流発電機の結線図である。冷却形状の具体例を示す固定部の斜視図である。冷却形状の具体例を示す固定部の斜視図である。冷却形状の具体例を示す固定部の斜視図である。冷却形状の具体例を示す固定部の斜視図である。冷却形状の具体例を示す固定部の斜視図である。冷却形状の具体例を示す固定部の斜視図である。

符号の説明

１車両用交流発電機
２固定子
３回転子
４ブラシ装置
５整流装置
６フレーム
７リヤカバー
８プーリ
１２制御装置
２３固定子巻線
２３ａ引出し線
５１端子台
５２正極側放熱板
５３負極側放熱板
５４正極側整流素子
５５負極側整流素子
５６配線用電極
５７固定部
１００、１０４冷却フィン
１０２スリット
１０６取り込み口

Claims

回転子と、前記回転子と対向配置された固定子と、前記回転子および前記固定子とを支持するフレームと、前記フレームの外端面に固定される整流装置とを備え、前記整流装置はパワー素子を実装した放熱板を含んで構成され、前記固定子の引出し線が前記フレームに開けられた穴を通して前記整流装置と接続される車両用回転電機において、
前記整流装置は、前記引出し線が固定される固定部を有する端子台を備え、
前記端子台は、冷却形状をなす熱伝導樹脂で形成されており、
前記固定部は、前記フレームに設けられた穴に挿入されて前記引出し線を包囲する包囲部であって、この包囲部に形成された貫通穴に前記引出し線を通すことを特徴とする車両用回転電機。
請求項１において、
前記冷却形状は、凹凸を有するフィン形状であることを特徴とする車両用回転電機。
請求項１において、
前記冷却形状は、複数のスリットを有する形状であることを特徴とする車両用回転電機。
請求項１において、
前記冷却形状は、冷却風の取り込み口を有する形状であることを特徴とする車両用回転電機。
請求項１〜４のいずれかにおいて、
前記パワー素子は、ダイオードであることを特徴とする車両用回転電機。
請求項１〜４のいずれかにおいて、
前記パワー素子は、ＭＯＳトランジスタであることを特徴とする車両用回転電機。
請求項１〜６のいずれかにおいて、
前記熱伝導樹脂は、絶縁樹脂と無機質フィラーを含んでいることを特徴とする車両用回転電機。