JP5905050B2

JP5905050B2 - 回転電機

Info

Publication number: JP5905050B2
Application number: JP2014102398A
Authority: JP
Inventors: 元一黒田; 公貴樋上
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2014-05-16
Filing date: 2014-05-16
Publication date: 2016-04-20
Anticipated expiration: 2034-05-16
Also published as: US9906089B2; JP2015220843A; US20150333594A1

Description

この発明は、ケーシングの外側に設けられた外部装置をケーシング内の内部装置と電気的に接続する端子装置を備えた回転電機に関する。

従来の車両用交流発電機では、出力端子がリヤブラケットの径方向に突出され、車両側のハーネスに電気的に接続されたターミナルが出力端子に挿入され、ナットで締付固定されて、車両用交流発電機の電力が車両側の機器に出力される。
近年、車両用交流発電機の出力は２００Ａ以上の高出力タイプが要求され、そのため、出力端子にはそのような高電流が流れる。出力端子は、通常、樹脂からなる絶縁ブッシュと一体に固着され整流装置のヒートシンク等に取付けられている（例えば、特許文献１参照）。

特許第３９７４５６０号公報

上述の従来装置にあっては、出力端子が高電流の通電により発熱し、これに近接配置された整流装置等を構成するダイオード等の半導体素子の温度上昇を生じさせるという問題点があった。
また、出力端子の発熱が樹脂製の絶縁ブッシュの熱劣化や熱収縮をもたらし、ナットによる締結が緩み、ハーネス側ターミナルの出力端子への締付力の低下を招くという問題点もあった。

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、出力端子の高熱化を抑えて、ケーシング内の内部装置の温度上昇を抑制し、また出力端子と外部装置の端子部との締付力の低下を防止した回転電機を得ることを目的とする。

開口部を有するケーシングと、
このケーシング内に設けられた内部装置と、
前記ケーシングの内側から前記開口部を通じて外側に突出して設けられ、前記内部装置と前記ケーシングの外側に設けられた外部装置とを電気的に接続する端子装置と、を備え、
前記端子装置は、前記開口部から外側に突出し前記外部装置の端子部と接続される出力端子と、
この出力端子の内側の外周部に接合された接合部、この接合部から径方向に延びたベース部及びこのベース部から軸線方向に延び前記接合部よりも大径で前記出力端子を囲った延長部から構成されているとともに、電気絶縁性で、かつ熱良伝導性の筒状体と、
この筒状体の前記延長部の外周部に接合されたヒートシンクと、
前記出力端子を囲って設けられ、前記出力端子、前記筒状体及び前記ヒートシンクを一体化した、電気絶縁性、かつ熱良伝導性の樹脂体と、を有する回転電機。

また、この発明に係る回転電機によれば、電気絶縁性、かつ熱良伝導性の樹脂体を、出力端子を囲って設け、かつ樹脂体を用いて出力端子、筒状体及びヒートシンクを一体化したので、より一層、出力端子の高熱化を抑えることができる結果、ケーシング内の内部装置の温度上昇を抑制し、また出力端子と外部装置の端子部との締付力の低下を防止することができる。

この発明の実施の形態１における車両用交流発電機を示す縦断面図である。図１の要部拡大図である。図２の平面図である。この発明の実施の形態２における車両用交流発電機を示す縦断面図である。図４の要部拡大図である。図５の平面図である。

以下、この発明の各実施の形態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に係る車両用交流発電機を示す縦断面図、図２は、図１の要部拡大断面図、図３は、図２の平面図である。
回転電機である車両用交流発電機１は、略椀形状に各々形成されたアルミニウム製のフロントブラケット２とリヤブラケット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の軸方向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各々固定された一対のファン１１と、回転子８を囲むようにケーシング４に固定された固定子１２を備えている。

さらに、この車両用交流発電機１は、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の表面に摺接する一対のブラシ１６と、これらブラシ１６を収納するブラシホルダ１７と、ブラシホルダ１７に対してリヤブラケット３の側に配されるヒートシンク１７に取付けられて、固定子１２に設けられた後述する固定子巻線１４に発生した交流電圧の大きさを調整するで電圧調整器１９と、リヤブラケット３のリヤ側に配置されて、固定子１２に発生した交流起電力を直流の出力電圧に変換する整流装置２０と、を備えている。

回転子８は、ランデル型回転子であり、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を覆うように設けられ、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からの磁束の変化により交流起電力が誘起される固定子巻線１４とを備えている。
回転子８を取り囲むように配設された固定子１２の固定子鉄心１３は、フロントブラケット２とリヤブラケット３との開口端間に挟まれ、複数のボルトによって軸方向両端からフロントブラケット２及びリヤブラケット３を介して締め付けられることにより、フロントブラケット２及びリヤブラケット３に挟持されている。

整流装置２０は、軸線方向に外側に向かって延びた複数の正極側フィン２１ａが一面に設けられ他面に複数の正極側整流素子が実装された略Ｃ字形状の正極側ヒートシンク２１と、この正極側ヒートシンク２１と軸線方向において重なるように配置され複数の負極側整流素子が実装された略Ｃ字形状の負極側ヒートシンク２２と、正極側ヒートシンク２１及び負極側ヒートシンク２２を保持した略Ｃ字形状のサーキットボード２３と、を備えている。
なお、正極側及び負極側ヒートシンク２１，２２は、アルミニウムなどの熱良伝導材料が用いられ、サーキットボード２３には、ポリフェニレンサルファイド等の樹脂が用いられる。
正極側及び負極側ヒートシンク２１、２２とサーキットボード２３は、図示しない取付ねじにより、リヤブラケット３に締着される。

次に、車両用交流発電機１の端子装置について図２、図３を参照して説明する。
端子装置は、出力端子２６と、この出力端子２６と端部が接合された筒状体３０と、この筒状体３０の外周部に接合されたヒートシンク３１と、出力端子２６を囲い、出力端子２６、筒状体３０及びヒートシンク３１を一体化した、電気絶縁性であって熱良伝導性の樹脂体３２とから構成されている。
この端子装置は、リヤブラケット３内の中継端子ボルト２５に取り付けられている。
この中継端子ボルト２５は、鉄等の導電材料で作製され、根元部（径小部）にローレット加工が施されたローレット部２５ｂを有する頭部２５ａと、出力端子取付用雄ねじ２５ｃとから構成されている。この中継端子ボルト２５は、正極側ヒートシンク２１の両端のフランジ部２４の一方に穿設された貫通孔２４ａにローレット部２５ｂを圧入してフランジ部２４に取付けられている。

端子装置の出力端子２６は、鉄等の導電材料で作製され、締結座２７と、締結座２７の一側に延設されたハーネス側ターミナル取付用雄ねじ部２８と、締結座２７の他側に延設され先端部に貫通孔２９ａが穿設された取付部２９とから構成されている。
この出力端子２６は、貫通孔２９ａに、出力端子取付用雄ねじ２５ｃを通した後、出力端子取付用雄ねじ２５ｃに出力端子取付用ナット３３を螺着することで正極側ヒートシンク２１のフランジ部２４に締付固定されている。

筒状体３０は、出力端子２６の締結座２７から径内側方向に延び出力端子２６に接合された筒状の接合部３０ａと、この接合部３０ａから径方向に延びたベース部３０ｂと、このベース部３０ｂから軸線方向に延び接合部３０ａよりも大径の延長部３０ｃと、から構成されている。この筒状体３０は、電気絶縁性でかつ熱良伝導性のセラミックで形成されている。
この筒状体３０の延長部３０ｃの外周部には、アルミニウム製のヒートシンク３１が一体に取付けられている。このヒートシンク３１は、その円周上均等配置された複数、例えば３４個の冷却フィン３１ａを有している。

樹脂体３２は、筒状体３０の延長部３０ｃと一体であって出力端子２６と離間したターミナル部３２ａと、筒状体３０のベース部３０ｂと一体のベース部３２ｂと、筒状体３０の接合部３０ａと一体の取付部３２ｃとから構成されており、この樹脂体３２は、出力端子２６、筒状体３０及びヒートシンク３１をインサート成形により一体化している。
よって、これら出力端子２６、筒状体３０、ヒートシンク３１及び樹脂体３２からなる端子装置は、1つの部品として構成されている。
この実施の形態では樹脂体３２は、熱可塑性のＰＰＳ（Poly Phenylene Sulfide Resin）樹脂で構成されている。
なお、樹脂体３２の取付部３２ｃの開口部は、図１に示すようにキャップ３４で塞がれている。

外部装置の端子部である、ハーネス側ターミナル３５は、雄ねじ部２８に螺着されたハーネス側ターミナル取付用ナット３６により締結座２７に締付固定される。
リヤブラケット３の整流装置２０の径方向外側には、開口部３ａが形成されており、筒状体３０、ヒートシンク３１及び樹脂体３２と一体となった出力端子２６は、リヤブラケット３の内側から開口部３ａを通じて径方向の外側に突出している。
樹脂体３２の径方向に突出したターミナル部３２ａは、図３に示すように円周上に、対向して一対切欠部３２ｄが形成されている。この切欠部３２ｄからハーネス側ターミナル３５が挿入でき、またナット３６による締付時に、切欠部３２ｄがハーネス側ターミナル３５の回り止め作用をなし、締付が容易となる。

このように構成された車両用交流発電機１においては、電流がバッテリ（図示せず）からブラシ１６及びスリップリング１５を介して界磁巻線９に供給され、磁束が発生する。
この磁束により、一方のポールコア１０の磁極がＮ極に着磁され、他方のポールコア１０の磁極がＳ極に着磁される。
一方、エンジンの回転トルクがベルト及びプーリ７を介してシャフト６に伝達され、回転子８が回転される。これにより、固定子巻線１４に回転磁界が与えられ、固定子巻線１４に起電力が発生する。この交流の起電力が整流装置２０を通って直流に整流されるとともに、その大きさが電圧調整器１９により調整される。そして、整流装置２０の出力が、中継端子ボルト２５、出力端子２６及びハーネス側ターミナル３５を介してバッテリに充電される。

この発明の実施の形態１の車両用交流発電機１によれば、出力端子２６には、最大で２００Ａ程度の出力電流が通電されるが、この通電による発熱は、筒状体３０の接合部３０ａを介してベース部３０ｂ、延長部３０ｃに伝達され、ヒートシンク３１の冷却フィン３１ａから放散される。
これにより、出力端子２６、樹脂体３２の温度上昇は抑制される結果、中継端子ボルト２５、正極側ヒートシンク２１の温度上昇が抑制されるので、正極側ヒートシンク２１に装着されたダイオードの温度上昇も抑制され、熱劣化の防止、耐久性向上等が図られる。
また、樹脂体３２の高温化も抑制されるので、この樹脂体３２の熱劣化、熱収縮が防止でき、ナット３６によるハーネス側ターミナル３５の出力端子２６への締付力の低下も防止できる。
さらに、出力端子２６、筒状体３０、ヒートシンク３１及び樹脂体３２は、1つの部品として構成しているので、部品点数減となり、また組立性が良好となる。

なお、筒状体３０の接合部３０ａと、出力端子２６との間に熱良伝導性なシリコン樹脂を充填しておけば、さらに出力端子２６の放熱性が向上し、出力端子２６及び樹脂体３２の温度上昇をより一層抑制することができる。

また、筒状体３０の接合部３０ａと出力端子２６との間に、シリコン樹脂の代わりに、熱良伝導性の接着剤を充填しておけば、出力端子２６の放熱性向上に加えて、出力端子２６と筒状体３０との接合強度を向上させることができる。
また、シリコン樹脂に接着材を混入したものを充填してもよい。

さらに、アルミニウム製のヒートシンク３１は、押し出し成形にて成形してもよい。
また、フィン３１ａが複数形成されているため、ダイキャスト成形で形成してもよい。

また、筒状体３０は、セラミックからなるものを例示したが、電気絶縁性でかつ熱良伝導性の材料であればよい。
さらにまた、ヒートシンク３１は、アルミニウム製のものを例示したが、他の熱伝導性の良好な銅等でもよい。
また、ヒートシンク３１に、フィン３１ａを設けたものを例示したが、例えば、格子状、または網目状に、ヒートシンク３１自体を構成し、これを外部に露出しておけば、フィン３１ａを設けなくとも放熱性を確保することも可能である。

実施の形態２.
図４は、この発明の実施の形態２に係る車両用交流発電機１を示す縦断面図、図５は、図４の要部図、図６は、図５の平面図である。

この実施の形態では、樹脂体３７は、熱可塑性樹脂に熱良伝導性の無機質フィラーが混入されたものであって、出力端子２６と一体にインサート成形等により成形されている。
この樹脂体３７は、出力端子２６と離間したターミナル部３７ａと、締結座２７と一体のベース部３７ｂと、出力端子２６の中継端子ボルト２５側の端部と一体の取付部３７ｃとから構成されている。
リヤブラケット３の径方向の外側に位置したターミナル部３７ａは、図６に示すように円周上に、対向して一対切欠部３７ｄが形成されている。また、この樹脂体３７の外周部には、その円周上に複数個（例えば、３４個）のフィン３８が一体に形成されている。
なお、この実施の形態では、樹脂体３７の熱可塑性樹脂は、実施の形態と同様にＰＰＳ樹脂であり、フィラーはアルミナ等の金属である。
その他の構成は、実施の形態１の車両用交流発電機１と同一である。

この実施の形態２の車両用交流発電機１によれば、出力端子２６と一体に形成された樹脂体３７は、電気絶縁性であって、熱良伝導性の材料であり、しかもその外周部に複数の冷却用フィン３８を設けているので、出力端子２６での発熱は、樹脂体３７を介して外部に放散される。

これにより、出力端子２６及び樹脂体３７の温度上昇は抑制される結果、中継端子ボルト２５、正極側ヒートシンク２１の温度上昇が抑制されるので、正極側ヒートシンク２１に装着されたダイオードの温度上昇も抑制され、ダイオードの熱劣化が防止され、また耐久性が向上する。
また、樹脂体３７の高熱化が抑制されるので、この樹脂体３７の熱劣化、熱収縮が防止でき、ナット３６によるハーネス側ターミナル３５の出力端子２６への締付力の低下も防止できる。
さらに、出力端子２６は、樹脂体３７とインサート成形により一体化され、実施の形態１の筒状体３０、ヒートシンク３１は除かれており、より製作が容易となる。
なお、上記実施の形態では、樹脂体３７の外周部にフィン３８を設けたが、混入する熱良伝導性なフィラーによっては、フィン３８を不要にしても、充分な放熱性を確保できる。
また、この実施の形態の樹脂体３７を実施の形態１の樹脂体３２の代りに使用することで、実施の形態１での出力端子２６等の温度上昇をさらに抑制することができる。

なお、実施の形態１及び２では、出力端子２６は、リヤブラケット３の開口部３ａから径方向外側に突出していたが、リヤブラケットから軸線方向に突出するものであってもよい。
また、出力端子２６は、六角の頭部を有する出力端子ボルトであっても適用できる。
また、上記実施の形態１及び２では、回転電機である車両用交流発電機１の端子装置に使用したが、勿論このものに限定されるものではなく、例えば始動電動機と交流発電機とを兼用する電動発電機（モータジェネレータ）にも適用できる。

また、上記の各実施形態のものでは、ケーシングをフロントブラケット２とリヤブラケット３とからなるものを例示したが、ケーシングは、リヤブラケット３に取付けられた樹脂ケースの場合でもよい。
この場合、リヤブラケット３の外側に、電圧調整器１９、整流装置２０が設けられ、これら電圧調整器１９、整流装置２０を包囲する如く樹脂ケースがリヤブラケット３に取付けられる。
また、端子装置の取付部２９は、整流装置２０の正極側ヒートシンク２１に接続され、端子装置の出力端子２６は、樹脂ケースの開口部通じて外側に突出し、外部装置の端子と締付により接続される。

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、３ａ開口部、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、１２固定子、１３固定子鉄心、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、１９電圧調整器、２０整流装置、２１正極側ヒートシンク、２１ａフィン、２２負極側ヒートシンク、２３サーキットボード、２４フランジ部、２４ａ貫通孔、２５中継端子ボルト、２５ａ頭部、２５ｂローレット部、２５ｃ雄ねじ、２６出力端子、２７締結座、２８雄ねじ部、２９取付部、２９ａ貫通孔、３０筒状体、３０ａ接合部、３０ｂベース部、３０ｃ延長部、３１ヒートシンク、３１ａフィン、３２樹脂体、３２ａターミナル部、３２ｂベース部、３２ｃ取付部、３２ｄ切欠部、３３ナット、３４キャップ、３５ハーネス側ターミナル、３６ナット、３７樹脂体、３７ａターミナル部、３７ｂベース部、３７ｃ取付部、３７ｄ切欠部、３８フィン。

Claims

開口部を有するケーシングと、
このケーシング内に設けられた内部装置と、
前記ケーシングの内側から前記開口部を通じて外側に突出して設けられ、前記内部装置と前記ケーシングの外側に設けられた外部装置とを電気的に接続する端子装置と、を備え、
前記端子装置は、前記開口部から外側に突出し前記外部装置の端子部と接続される出力端子と、
この出力端子の内側の外周部に接合された接合部、この接合部から径方向に延びたベース部及びこのベース部から軸線方向に延び前記接合部よりも大径で前記出力端子を囲った延長部から構成されているとともに、電気絶縁性で、かつ熱良伝導性の筒状体と、
この筒状体の前記延長部の外周部に接合されたヒートシンクと、
前記出力端子を囲って設けられ、前記出力端子、前記筒状体及び前記ヒートシンクを一体化した、電気絶縁性、かつ熱良伝導性の樹脂体と、を有する回転電機。
前記筒状体は、セラミックで構成されている請求項１に記載の回転電機。
前記出力端子と前記筒状体の前記接合部との間には、シリコンが介在している請求項１または２に記載の回転電機。
前記出力端子と前記筒状体の前記接合部との間には、接着剤が介在している請求項１または２に記載の回転電機。
前記ヒートシンクの外部に冷却フィンが設けられている請求項１〜４の何れか１項に記載の回転電機。
前記冷却フィンは、周方向に沿って間隔をおいて複数設けられている請求項５に記載の回転電機。
上記ヒートシンクは、アルミニウム製である請求項１〜６の何れか１項に記載の回転電機。
前記樹脂体は、熱可塑性樹脂で、かつ熱良伝導性の無機質フィラーが混入されている請求項１〜７の何れか１項に記載の回転電機。
前記出力端子は、端子ボルトである請求項１〜８の何れか１項に記載の回転電機。
前記内部装置は、交流を直流に整流する整流装置である請求項１〜９の何れか１項に記載の回転電機。
前記回転電機は、車両用交流発電機である請求項１〜１０の何れか１項に記載の回転電機。