JP5511929B2

JP5511929B2 - 交流発電機

Info

Publication number: JP5511929B2
Application number: JP2012234365A
Authority: JP
Inventors: 和徳田中; 俊之大西; 恭子東野
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2012-10-24
Filing date: 2012-10-24
Publication date: 2014-06-04
Anticipated expiration: 2032-10-24
Also published as: CN103780023A; CN103780023B; JP2014087168A; US9000638B2; US20140111036A1

Description

この発明は、出力電圧の大きさを調整する機能を有する装置本体が交流発電機に設けられる場合、及び交流発電機の外部に設けられる場合の両方に対応できる交流発電機に関する。

エンジンルームに搭載される車両用交流発電機は、エンジンにより回転駆動され、バッテリを充電したり、車載の電気負荷に電力を供給するものである。その出力電圧をバッテリの充電状態や電気負荷の要求電力などに応じて制御するのが電圧調整装置である。
車両用交流発電機内の部品として構成される電圧調整装置として、出力電圧を制御する電圧調整機能を有する装置本体とコンデンサ素子とをホルダ内の一体空間内に搭載し、絶縁樹脂を一箇所から注入することで双方を同時に固定化するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
このものの場合、樹脂注入の際には、装置本体の発熱部に熱導電材を介して接合されたヒートシンクが、底蓋としての機能を兼用しており、固定部品の点数削減や製造時間短縮等の効果を有している。

一方、車両用交流発電機には、装置本体を車両側の制御装置（ＥＣＵ）で備え、発電機側では有しない、所謂レギュレータ無しタイプのものもある。

装置本体を発電機側に備えた主流の車両用交流発電機では、組み込まれる部品である電圧調整装置は、多種多様の発電機機種の大半においてコネクタ構造が同じものについては可能な範囲で共用化されている。
しかしながら、前記レギュレータ無しタイプのものに対しては、そのメインとなる装置本体が発電機側には無いために、基本的に共用部品で対応ができず、個別仕様部品で対応せざるを得ない。

特開２０１１-１３０６３９号公報（図４）

上記特許文献１の車両用交流発電機は、装置本体とコンデンサ素子とをホルダ内の一体空間内に搭載し、絶縁樹脂を一箇所から注入するが、このホルダをレギュレータ無しタイプのものとの共用化を目的として使用し、ホルダから装置本体を除去すると、装置本体の放熱用に装置本体に当接していたヒートシンクも取り除かれる、即ち樹脂受け蓋としていたヒートシンクも取り除かれるので、そのままでは樹脂をホルダ内に封止できず、コンデンサ素子や端子接続部が露出した状態になってしまう。
また、樹脂受けだけのためにヒートシンクを取り付けることはコスト削減、部品削減の面から採用できず、部品共用化、製造コスト低減が進まないという問題点があった。

この発明は、かかる問題点を解決することを課題とするものであって、出力電圧の大きさを調整する機能を有する装置本体が交流発電機に設けられる場合、及び交流発電機の外部に設けられる場合の両方において、電圧調整装置の部品を共用部品として対応でき、またモールド体の成形金型の大半の部分も同一で対応することができ、製造コストを大幅に低減することができる交流発電機を得ることを目的とする。

この発明に係る交流発電機は、
ケーシングと、
このケーシングの内側に固定され固定子巻線が巻装された固定子と、
回転子巻線が巻装され、回転駆動されることにより前記固定子巻線に交流起電力を誘起する回転子と、
前記交流起電力を直流の出力電圧に変換する整流装置と、を備えた交流発電機において、
前記出力電圧の大きさを調整する機能を有する装置本体が前記交流発電機に設けられた場合と交流発電機の外部に設けられた場合とにおいてほぼ同一外形で、前記ケーシングに固定された、インサート導体を有するモールド体であって、
このモールド体は、一面側にはコンデンサ素子を内蔵したコンデンサ体が前記インサート導体と電気的に接続されており、
他面側には、前記装置本体が前記交流発電機の外部に設けられるときのみ抵抗が前記インサート導体と電気的に接続されるとともに、前記装置本体は前記交流発電機に設けられるときのみ前記インサート導体と電気的に接続されるように構成されている。

この発明に係る交流発電機によれば、モールド体は、一面側にはコンデンサ素子を内蔵したコンデンサ体がインサート導体と電気的に接続されており、他面側には、前記装置本体が交流発電機の外部に設けられるときのみ抵抗がインサート導体と電気的に接続されるとともに、装置本体は交流発電機に設けられるときのみインサート導体と電気的に接続されるようになっているので、部品の共有化が可能となり、またモールド体の成形金型の大半の部分も同一で対応することができ、製造コストを大幅に低減することができる。

この発明の実施の形態１の車両用交流発電機（レギュレータ無しタイプ）を示す側断面図である。図１の車両用交流発電機において保護カバーを除いた状態の背面図である。図１の車両用交流発電機の電気回路図である。図１の調整装置半体を示す分解斜視図である。図４のＶ-Ｖ線に沿った矢視断面図である。図４のＶＩ-ＶＩ線に沿った矢視断面図である。ダイレクト溶接を説明する概略図である。調整装置半体を示す電気回路図である。モールド体のインサート導体を示す斜視図である。この発明の実施の形態１の車両用交流発電機（レギュレータ有りタイプ）を示す側断面図である。図１０の車両用交流発電機において保護カバーを除いた状態の背面図である。図１０の車両用交流発電機の電気回路図である。図１０の電圧調整装置の分解斜視図である。図１３のＸＩＶ-ＸＩＶ線に沿った矢視断面図である。この発明の実施の形態２の車両用交流発電機（レギュレータ無しタイプ）の調整装置半体を示す断面図（図５に対応）である。この発明の実施の形態２の車両用交流発電機（レギュレータ無しタイプ）の電圧調整装置を示す断面図（図６に対応）である。インダイレクト溶接を説明する概略図である。

以下、この発明の各実施の形態の車両用交流発電機について図に基づいて説明するが、各図において同一、または相当部材、部位については同一符号を付して説明する。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１の車両用交流発電機（レギュレータ無しタイプ）を示す側断面図、図２は図１の車両用交流発電機において保護カバー２５を除いた状態の背面図、図３は図１の車両用交流発電機の電気回路図である。

車両用交流発電機１は、それぞれ略椀形状のアルミニウム製フロントブラケット２、リヤブラケット３とからなるケーシング４と、このケーシング４に一対の軸受５を介して回転自在に支持されたシャフト６と、ケーシング４のフロント側に延出するシャフト６の端部に固着されたプーリ７と、シャフト６に固定されてケーシング４内に配設された回転子８と、この回転子８の軸方向の両端面に固定されたファン１１と、回転子８を囲むようケーシング４に固定された固定子１２と、ケーシング４のリヤ側に延出するシャフト６の延出部に固定され、回転子８に電流を供給する一対のスリップリング１５と、各スリップリング１５の表面に摺動する一対のブラシ１６とを備えている。

また、車両用交流発電機１は、これらのブラシ１６を収容するブラシホルダ１７と、ブラシホルダ１７の外径側に配されて回路内で生じるノイズを吸収するコンデンサ素子を内蔵したコンデンサ体４３、抵抗４４及びモールド体４５を有する調整装置半体５０と、バッテリなどの外部装置(図示せず)との信号の入出力を行うコネクタ２０と、リヤブラケット３のリヤ側に配置されて、固定子１２で生じる交流起電力を直流の出力電圧に変換する整流装置２１と、ブラシホルダ１７、整流装置２１を覆うようにリヤブラケット３に装着された保護カバー２５と、を備えている。

回転子８は、ランデル型回転子で、励磁電流が流されて磁束を発生する界磁巻線９と、界磁巻線９を覆うよう設けられ、その磁束によって磁極が形成されるポールコア１０とを備えている。また、固定子１２は、円筒状の固定子鉄心１３と、固定子鉄心１３に巻装され、回転子８の回転に伴い、界磁巻線９からの磁束の変化で交流起電力が誘起される固定子巻線１４と、を備えている。固定子１２は、固定子鉄心１３をフロントブラケット２およびリヤブラケット３の開口端に軸方向両端から挟持されて回転子８を取り囲むよう配設されている。

整流装置２１は、複数個の正極側整流素子２２ａが実装された正極側ヒートシンク２２と、複数個の負極側整流素子２３ａが実装された負極側ヒートシンク２３と、サーキットボード２４、とを備え、正極側ヒートシンク２２と負極側ヒートシンク２３との間にサーキットボード２４を挟んで積層し軸方向視略Ｃ字状に構成されている。そして、正極側整流素子２２ａと負極側整流素子２３ａとがサーキットボード２４を介して所定のブリッジ回路を構成するように接続される。

このように構成された整流装置２１は、スリップリング１５の外周側に、シャフト６の軸心と直交する平面上にシャフト６を中心とする扇状に配置されて、ネジ４０によりリヤブラケット３の外側端面に締着固定されている。そして、固定子巻線１４のリード線１４ａがリヤブラケット３から引き出されてサーキットボード２４の端子に結線され、整流装置２１と固定子巻線１４とが電気的に接続される。
また、ブラシホルダ１７は、整流装置２１の略Ｃ字状の先端間に配置されて、ネジ４１によりリヤブラケット３の外側端面に締着固定されている。同様に、調整装置半体５０は、整流装置２１の略Ｃ字状の先端位置であって、前記ブラシホルダ１７の外径側に配置されている。

図４は図１の調整装置半体５０を示す斜視図、図５は図４のＶ-Ｖ線に沿った矢視断面図、図６は図４のＶＩ-ＶＩ線に沿った矢視断面図である。
調整装置半体５０は、インサート導体である複数の端子４５ａをモールディングしたモールド体４５と、端子４５ａに端子４３ａが電気的に接続されたコンデンサ体４３と、端子４５ａにリード４４ａが電気的に接続された抵抗４４とを備えている。
モールド体４５にインサートされた端子４５ａは、一体に設けられるコネクタ２０内で露出するコネクタ端子２０ａやアース部（図８、９のＥ１）以外で、溶接に無関係な箇所は基本的にモールディングされ、溶接箇所において両面が露出している。
コンデンサ体４３及び抵抗４４は、モールド体４５の両面に分れており、一面にはコンデンサ体４３が、他面には抵抗４４が設けられている。
モールド体４５の他面には、凹部４５ｂが形成されており、抵抗４４の側面には隣接する仕切部５６が形成されている。
モールド体４５は、ネジ４２によりリヤブラケット３の外側端面に締着固定されている。

コンデンサ体４３の端子４３ａの上述の露出する箇所及び抵抗４４のリード４４ａは、モールド体４５の端子４５ａとそれぞれ重ね合わせ、図７に示すダイレクト溶接で電気的に接続される。
ダイレクト溶接は、二つの金属板５１を重ね合わせ、金属板５１の接続部位の上下から一対の電極５２を加圧制御装置５３により制御された圧力で加圧しつつ、電流制御装置５４により制御された電流を流し、金属板５１の抵抗発熱を利用して、接触点に溶接部５５を形成する方法である。

コンデンサ体４３の端子４３ａの上述の露出する箇所及び抵抗４４のリード４４ａと、モールド体４５の端子４５ａとは、上記ダイレクト溶接で接続されているが、端子４５ａの接続部位には突起が形成されており、信頼性が高い溶接構造になっている。
また、平面視で抵抗４４の溶接部の外側にコンデンサ体４３の溶接部が配されているので、溶接作業時に互いに緩衝することなく、作業性が良く、コンパクトな構成の部品が得られる。
溶接後には、抵抗４４の側面に設けた仕切部５６の内側には充填材５７が施されており、抵抗４４のモールド体４５に対する固定とリード４４ａと端子４５ａとの接続部の信頼性を確保している。

図８は調整装置半体５０を示す電気回路図、図９はモールド体４５のインサート導体（点線）を示す斜視図であり、点線はインサート導体である端子４５ａを示している。図８の電気回路図で示された調整装置半体５０の各接点Ｂ１-Ｂ５，Ｅ１，Ｅ２は、図９に示された端子４５ａの各部位Ｂ１-Ｂ５，Ｅ１，Ｅ２と対応している。

この実施の形態では、仕切部５６により抵抗４４の周りのみに充填材５７が充填されており、コンデンサ体４３及びコンデンサ端子４３ａの周りには充填材が施されてなく、コスト的にも優れている。

コンデンサ体４３及びコンデンサ端子４３ａの周りに充填材が施されていない例が、例えば特許登録４１４１８６８３８号公報の図５に示されている。
即ち、図５は車両用発電機のレギュレータの断面図であるが、この図５から分かるように、コンデンサ素子の高電位側及び低電位側の２箇所の端子自体は離間しており、加えて低電位側がアースされており、コンデンサ素子の高、低電位側端子は、充填材で覆われることなく露出している。
なお、コンデンサ体４３とコンデンサ端子４３ａの周りにも個別で充填材を設けてもよい。

以上、調整装置半体５０が組み込まれた車両用交流発電機１（レギュレータ無しタイプ）について説明したが、次に電圧調整装置５８が組み込まれた車両用交流発電機１Ａ（レギュレータ有りタイプ）について説明する。
図１０はこの車両用交流発電機１Ａを示す側断面図、図１１は図１０の車両用交流発電機１Ａにおいて保護カバー２５を除いた状態の背面図、図１２は図１０の車両用交流発電機１Ａの電気回路図である。
この電圧調整装置５８は、図１３、図１４に示すように、インサート導体である端子４５ａをモールディングしたモールド体４５Ａと、モールド体４５Ａの一面側に配置され端子４５ａに端子４３ａが電気的に接続されたコンデンサ体４３と、モールド体４５Ａの他面側に配置され端子４５ａに端子１９ａが電気的に接続された装置本体１９と、電圧出力の大きさを調整する機能を有するこの装置本体１９の底面と当接配置されたヒートシンク１８と、を備えている。
モールド体４５にインサートされた端子４５ａについては、前述の車両用交流発電機１のものと類似しており、溶接箇所については両面露出している。
モールド体４５Ａの他面には、凹部４５ｂが形成されている。
モールド体４５Ａは、ネジ４２によりリヤブラケット３の外側端面に締着固定されている。

上記構成の電圧調整装置５８は、モールド体４５Ａの凹部４５ｂに装置本体１９を挿入し、モールド体４５Ａの端子４５ａの上述の露出する箇所と装置本体１９の端子１９ａとを重ね合わせダイレクト溶接により電気的に接続する。
次に、モールド体４５Ａを反転させ、コンデンサ体４３の端子４３ａを、モールド体４５Ａの端子４５ａの上述の露出する箇所と重ね合わせ、ダイレクト溶接で電気的に接続する。
また、平面視で装置本体１９の溶接部の外側にコンデンサ体４３の溶接部が配されているので、溶接作業時に互いに緩衝することなく、作業性が良く、コンパクトな構成の部品が得られる。
この後、ヒートシンク１８を装置本体１９に熱伝導材を介して当接配置し、かつモールド体４５Ａに固着し、凹部４５ｂを覆う。
最後に、凹部４５ｂ内に充填材５７を充填する。
端子１９ａは、端子巾自体が細く、また相互の距離も狭い。それに対応する端子４５ａも他の箇所より細く、互いの間隔が狭い。
このため、この充填は、端子１９ａの電気的接続部周辺を絶縁樹脂でほぼ覆って、車載時の被水、異物付着などから保護するためのものである。

なお、コンデンサ体４３及びコンデンサ端子４３ａのそれぞれの周りに充填材５７を施す必要があれば、図１４に示す、装置本体１９の端子１９ａの上位であるコンデンサ端子４３ａに達するまで、充填材５７の充填量を増やすことで簡単に対応できる。

図５に示す、調整装置半体５０用のモールド体４５と、図１４に示す、電圧調整装置５８用のモールド体４５Ａとは、仕切部５６の有無があるもののほぼ同一外形である。
また、各モールド体４５，４５Ａのインサート導体の端子４５ａの構成が異なるだけであり、所謂レギュレータ有り、無しの両タイプでも大半の部分を同じ成型金型で対応することができる。

以上説明したように、この実施の形態による車両用交流発電機１，１Ａによれば、ほぼ同一外形のモールド体４５，４５Ａは、一面側にはコンデンサ素子を内蔵したコンデンサ体４３がインサート導体と電気的に接続されており、他面側には、装置本体１９が車両用交流発電機１の外部に設けられるときのみ抵抗４４がインサート導体と電気的に接続されているとともに、装置本体１９は車両用交流発電機１Ａに設けられるときのみインサート導体と電気的に接続されるようになっている。
従って、レギュレータ無しタイプの車両用交流発電機１、レギュレータ有りタイプの車両用交流発電機１Ａともに、ほぼ共通のモールド体４５，４５Ａを用いて、両タイプの車両用交流発電機１，１Ａに簡単に対応することができる。
また、モールド体４５，４５Ａは、ほぼ同一の外形であり、モールド体の成形金型の大半の部分を同一の金型で対応することができ、製造コストを大幅に低減することができる。
また、抵抗４４あるいは装置本体１９は、コンデンサ体４３の投影面積内に配置されており、また凹部４５ｂ内に収まっており、電圧調整装置５８は小型である。

また、インサート導体である複数の端子４５ａは、コンデンサ体４３、抵抗４４及び装置本体１９と電気的に接続する接続部位では、両面が露出しているので、所謂ダイレクト溶接により溶接部５５を挟み込み高い加圧力を与えることで、強固に接続される。

また、インサート導体の接続部位では、コンデンサ体４３、抵抗４４及び装置本体１９の側に突出した突起が形成されているので、ダイレクト溶接による信頼性が向上する。
なお、突起は、コンデンサ体４３、抵抗４４及び装置本体１９に形成しても同様の効果を得ることができる。

また、モールド体４５Ａは、コンデンサ体４３と反対側の面には、装置本体１９を収納する凹部４５ｂが形成されているので、装置本体１９は、組立工程において凹部４５ｂに収納すると同時にモールド体４５Ａの所定の位置に設置され、インサート導体と装置本体１９の端子１９ａとの溶接作業性も向上する。

また、モールド体４５Ａの凹部４５ｂを覆うとともに装置本体１９と当接配置したヒートシンク１８を備えているので、装置本体１９の放熱性が向上するとともに、ヒートシンク１８は凹部４５ｂ内に絶縁樹脂を注入する際の底蓋としての機能をも有する。

実施の形態２．
図１５、図１６はこの発明の実施の形態２の車両用交流発電機１の調整装置半体５０Ａを示す断面図である。
実施の形態１の調整装置半体５０では、モールド体４５の溶接箇所において端子４５ａの両面が露出した露出部５９（図６溶接部）を有していたが、この実施の形態の調整装置半体５０Ａのモールド体４５Ｂは、溶接箇所において端子４５ａの何れか一方の面のみ露出する構成である。他の構成は、実施の形態１の車両用交流発電機１と同じである。

この調整装置半体５０Ａの場合は、コンデンサ体４３の端子４３ａ及び抵抗４４のリード４４ａは、モールド体４５Ｂの端子４５ａの上述の露出する片側箇所とそれぞれ重ね合わせ、載置し、図１７に示すインダイレクト溶接で電気的に接続される。
このインダイレクト溶接は、二つの金属板５１を重ね合わせ、金属板５１の接続部位の一方電極５２を加圧しつつ、電極５２と給電端子６０との間で電流を流し、金属板５１の抵抗発熱を利用して、接触点に溶接部５５を形成する方法である。
このインダイレクト溶接の場合の給電端子６０取付箇所としては、端子４５ａの他の露出箇所、例えば図９の部位Ｂ５、Ｅ１等を用いることができる。

この実施の形態の車両用交流発電機１によれば、インサート導体は、コンデンサ体４３、抵抗４４と電気的に接続する片面のみ露出しているので、水、泥などが大量に付着する悪条件にさらされた場合であっても、端子４５ａの露出がより少ないので、信頼性がより高くなる。

また、実施の形態１のもののように、溶接部を挟み込むダイレクト溶接のように高い加圧力を与えることはできないが、端子４５ａの溶接部の片側を露出させないで済むので、モールド体４５Ｂの構成の自由度も高く、また例えば図内上下方向から水等をかぶり易い車載機種においては特に有用である。

なお、上記実施の形態２では、所謂レギュレータ無しタイプの車両用交流発電機１について説明したが、レギュレータ有りタイプの車両用交流発電機１Ａについても適用することができるのは勿論である。
また、溶接方法について、実施の形態１ではコンデンサ端子４３ａ、リード４４ａ、共にダイレクト溶接で、実施の形態２では共にインダイレクト溶接で行っているが、それぞれの箇所に適する方法を適宜採用すればよく、上記に限定するものではない。

また、上記各実施の形態では、車両用交流発電機１，１Ａについて説明したが、勿論車両用以外の発電機にもこの発明が適用できるのは勿論である。

１車両用交流発電機、２フロントブラケット、３リヤブラケット、４ケーシング、５軸受、６シャフト、７プーリ、８回転子、９界磁巻線、１０ポールコア、１１ファン、１２固定子、１３固定子鉄心、１４ａリード線、１４固定子巻線、１５スリップリング、１６ブラシ、１７ブラシホルダ、１８ヒートシンク、１９装置本体、１９ａ端子、２０コネクタ、２０ａコネクタ端子、２１整流装置、２２正極側ヒートシンク、２２ａ正極側整流素子、２３負極側ヒートシンク、２３ａ負極側整流素子、２４サーキットボード、２５保護カバー、４０，４１，４２ネジ、４３コンデンサ体、４３ａコンデンサ端子、４４ａリード、４４抵抗、４４ａリード、４５，４５Ａ，４５Ｂモールド体、４５ａ端子、４５ｂ凹部、５０，５０Ａ調整装置半体、５１金属板、５２電極、５３加圧制御装置、５４電流制御装置、５５溶接部、５６仕切部、５７充填材、５８電圧調整装置、５９露出部（溶接部）、６０給電端子。

Claims

ケーシングと、
このケーシングの内側に固定され固定子巻線が巻装された固定子と、
回転子巻線が巻装され、回転駆動されることにより前記固定子巻線に交流起電力を誘起する回転子と、
前記交流起電力を直流の出力電圧に変換する整流装置と、を備えた交流発電機において、
前記出力電圧の大きさを調整する機能を有する装置本体が前記交流発電機に設けられた場合と交流発電機の外部に設けられた場合とにおいてほぼ同一外形で、前記ケーシングに固定された、インサート導体を有するモールド体であって、
このモールド体は、一面側には、コンデンサ素子を内蔵したコンデンサ体が前記インサート導体と電気的に接続されており、
他面側には、前記装置本体が前記交流発電機の外部に設けられるときのみ抵抗が前記インサート導体と電気的に接続されるとともに、前記装置本体は前記交流発電機に設けられるときのみ前記インサート導体と電気的に接続されることを特徴とする交流発電機。
前記コンデンサ体と前記抵抗とは、互いに対向して配置され、かつ平面視で、前記抵抗と前記インサート導体とを電気的に接続する接続部位の外側に、前記コンデンサ体と前記インサート導体とを電気的に接続する接続部位が配されていることを特徴とする請求項１に記載の交流発電機。
前記コンデンサ体と前記装置本体とは、互いに対向して配置され、かつ平面視で、前記装置本体と前記インサート導体とを電気的に接続する接続部位の外側に、前記コンデンサ体と前記インサート導体とを電気的に接続する接続部位が配されていることを特徴とする請求項１に記載の交流発電機。
前記インサート導体は、前記コンデンサ体、前記抵抗及び前記装置本体と電気的に接続する接続部位では、両面が露出していることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の交流発電機。
前記インサート導体は、前記コンデンサ体、前記抵抗及び前記装置本体と電気的に接続する接続部位では、接合する片面のみ露出していることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の交流発電機。
前記接続部位では、前記インサート導体、または前記コンデンサ体、前記抵抗及び前記装置本体の一方において他方の側に突出した突起が形成されていることを特徴とする請求項２〜５の何れか１項に記載の交流発電機。
前記モールド体は、前記他面側には、前記装置本体を収納する凹部が形成されていることを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載の交流発電機。
前記凹部を覆うとともに前記装置本体と面接触したヒートシンクを備えたことを特徴とする請求項７に記載の交流発電機。
前記交流発電機は、車両用交流発電機であることを特徴とする請求項１〜８の何れか１項に記載の交流発電機。