JPWO2016079865A1 - 車両用交流発電機 - Google Patents

Abstract

この発明は、整流素子の信頼性および発電機の冷却性の低下を抑えつつ、整流装置の軸方向寸法を縮小できる車両用交流発電機を得る。本整流装置（３０、３０Ａ）は、サーキットボード（４０、４０Ａ）が、第１整流素子保持部（３２）と第２整流素子保持部（３６）との間に配設され、第１整流素子保持部に保持された第１整流素子（２８）が、第１リード電極（２８ｂ）を軸方向に伸ばしてサーキットボードの第１整流素子接続部（４２）に接続され、第２整流素子保持部に保持された第２整流素子（２９）が、第２リード電極（２９ｂ）を軸方向に伸ばしてサーキットボードの第２整流素子接続部（４１）に接続され、サーキットボードは、軸方向から見て、ハウジング連結部（４４）、固定子巻線接続部（４３）および電圧調整器接続部（４７）のみが、第１整流素子保持部および第２整流素子保持部から突出するように構成され、複数の第１内径側フィン（３３ａ）が、第１整流素子保持部の内径側に形成され、複数の第２外径側フィン（３７ａ）が、第２整流素子保持部の外径側に形成されている。

Description

この発明は、車両のエンジンにより駆動されて発電する車両用交流発電機に関し、特に固定子巻線に発生する交流電力を整流する整流装置に関するものである。

特許文献１に記載の従来の車両用交流発電機の整流装置は、プラス側冷却フィンとマイナス側冷却フィンのそれぞれが、回転軸方向と垂直な方向にオーバーラップして、互いに離間した状態、あるいは部分的に接触した状態で複数個配置され、複数個の冷却フィンの面積は、冷却ファンから遠い位置にある後方フィンが，近い位置にある前方フィンよりも狭く、プラス側冷却フィンの後方フィンに配置されるプラス側整流素子の個数が、前方フィンに配置されるプラス側整流素子の個数よりも少なくなっていた。この構成により、より多くの冷却風を風下に位置する冷却フィンに導くことができるとともに、小さい面積の後方フィンに配置されるプラス側整流素子の個数が少なくなり、プラス側整流素子をバランスよく冷却することができ、整流装置の信頼性を向上させていた。

また、特許文献２に記載の従来の整流装置は、ターミナルＡＳＳＹ(サーキットボード）が第１ヒートシンクと第２ヒートシンクとの間に配置されて円弧状に構成され、第１ダイオードが第１ヒートシンクに円弧状に並んで圧入保持され、第２ダイオードが第２ヒートシンクに円弧状に並んで圧入保持され、第１および第２ダイオードは、リード線が向き合うように対向配置されている。対向配置された第１および第２ダイオードのリード線は曲げられて径方向外側に引き出され、第１および第２ダイオードの圧入位置の径方向外側でターミナルＡＳＳＹのターミナル端子に接続されていた。

特許第４３６７５５４号公報 米国特許第６７０７６９１号明細書

特許文献１に記載の従来の車両用交流発電機の整流装置では、同極の半導体素子が回転軸方向にオーバーラップして配置されているので、回転軸と直交する平面において、接続するプラス側整流素子とマイナス側整流素子との距離が長くなる。そこで、固定子巻線とプラス側整流素子とマイナス側整流素子とを最短経路で接続するには、配線（サーキットボード）を冷却フィンの内径側に配置する必要があった。しかし、このように配置された冷却フィンと配線が、冷却ファンによって生じる冷却風の軸方向の流れを阻害するので、圧力損失が大きくなり、冷却風の流量が低減する。また、上流側の冷却フィンに風穴があけられているが、風穴の下流にはオーバーラップして配置された下流側の冷却フィンが位置している。そして、風穴を通過した冷却風は、下流側の冷却フィンの面に当たり、その流れ方向を９０度曲げられるので、圧力損失が大きくなり、冷却風の流量が低減する。このように、特許文献１に記載の従来の車両用交流発電機の整流装置では、冷却風の流量が低減するので、整流装置の冷却効率が低下するという課題があった。

特許文献２に記載の従来の整流装置では、対向配置された第１および第２ダイオードのリード線を直角に曲げて、軸方向の寸法を縮小しているが、第１および第２ダイオードのリード線が直角に曲げられているので、第１および第２ダイオードの信頼性が低下するとともに、曲げ工程や曲げ治具が必要となり、製造コストが高くなるという課題があった。また、第１および第２ダイオードのリード線との接続部、および固定子巻線との接続部を構成するターミナル端子が、整流装置の最外径側に配置されるので、フィンを形成するスペースが第１および第２ヒートシンクの外径側になくなり、整流装置の冷却効率が低下するという課題があった。

この発明は、上記課題を解決するためになされたもので、整流素子のリード電極の曲げをなくして整流素子の信頼性を高め、かつ圧力損失の増大を抑えて冷却空気流量を確保して整流装置の冷却効率を高めつつ、整流装置の軸方向寸法を縮小できる車両用交流発電機を得ることを目的とする。

この発明による車両用交流発電機は、ハウジングと、軸心を上記ハウジングの軸方向に一致させて上記ハウジングの軸方向の両端部に形成された軸受保持部に軸受を介して回転可能に支持されたシャフトに固着され、上記ハウジング内に回転可能に配設された回転子と、円筒状の固定子鉄心、および上記固定子鉄心に装着された固定子巻線を有し、上記回転子の外周に、同軸に配設されて上記ハウジングに保持された固定子と、上記回転子の軸方向の一側の端面に固着され、上記回転子と連動して回転されるファンと、上記ハウジングの軸方向の一側の外方に配設された整流装置と、有底筒状に形成され、上記整流装置を覆うように上記ハウジングの軸方向の一側に配設され、冷却空気の吸い込み口が底部の上記整流装置に対応する領域に形成された保護カバーと、上記ハウジングの上記回転子の軸方向の一側の端面に対向する壁面に形成された吸気口と、上記ハウジングの上記固定子巻線の軸方向の一側のコイルエンドに対向する壁面に形成された排気口と、を備え、上記ファンの回転により、上記吸い込み口から上記保護カバー内に流入し、上記整流装置を冷却した後、上記吸気口から上記ハウジング内に流入し、上記ファンにより遠心方向に曲げられて上記排気口から排出される上記冷却空気の流通路が構成される。上記整流装置は、上記ハウジングの軸方向と直交する平面上に配設された円弧帯状の第１整流素子保持部を有する第１ヒートシンクと、上記第１整流素子保持部に対して上記ハウジング側に離間して、かつ上記ハウジングの軸方向と直交する平面上に配設された円弧帯状の第２整流素子保持部を有する第２ヒートシンクと、上記第１整流素子保持部と上記第２整流素子保持部との間に配設され、ハウジング連結部、固定子巻線接続部、電圧調整器接続部、第１整流素子接続部および第２整流素子接続部を有するサーキットボードと、それぞれ、上記第１整流素子保持部に保持され、第１リード電極を軸方向に伸ばして上記第１整流素子接続部に接続された複数の第１整流素子と、それぞれ、上記第２整流素子保持部に保持され、第２リード電極を軸方向に伸ばして上記第２整流素子接続部に接続された複数の第２整流素子と、を備え、上記サーキットボードは、軸方向から見て、上記ハウジング連結部、上記固定子巻線接続部および上記電圧調整器接続部のみが、上記第１整流素子保持部および上記第２整流素子保持部から突出するように構成され、複数の第１内径側フィンが、上記第１内径側フィン間に軸方向に平行な冷却風流路を構成するように、上記第１整流素子保持部の内径側に形成され、複数の第２外径側フィンが、上記第２外径側フィン間に軸方向に平行な冷却風流路を構成するように、上記第２整流素子保持部の外径側に形成されている。

この発明によれば、サーキットボードが第１整流素子保持部と第２整流素子保持部との間に配設され、第１整流素子保持部に保持された第１整流素子が、第１リード電極を軸方向に伸ばしてサーキットボードの第１整流素子接続部に接続され、第２整流素子保持部に保持された第２整流素子が、第２リード電極を軸方向に伸ばしてサーキットボードの第２整流素子接続部に接続されている。そこで、第１整流素子の第１リード電線および第２整流素子の第２リード電線の長さが短くなるので、整流装置の軸方向寸法を縮小することができる。また、第１リード電極および第２リード電極を直角に曲げる必要がなく、信頼性が高められるとともに、曲げ工程や曲げ治具が不要となり、製造コストを低減できる。

サーキットボードは、軸方向から見て、ハウジング連結部、固定子巻線接続部および電圧調整器接続部のみが、第１整流素子保持部および第２整流素子保持部から突出するように構成されている。そこで、サーキットボードがファンによって生じる冷却風の軸方向の流れを阻害しないので、圧力損失が小さくなり、冷却風の流量が増大し、整流装置の冷却効率が高められる。さらに、第１内径側フィンおよび第２外径側フィンを形成するスペースが広くなり、整流装置の冷却効率が高められる。

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である。 この発明の実施の形態１に係る車両用交流発電機における整流装置を第１ヒートシンク側から見た斜視図である。 この発明の実施の形態１に係る車両用交流発電機における整流装置を第２ヒートシンク側から見た斜視図である。 この発明の実施の形態１に係る車両用交流発電機における整流装置を第１ヒートシンク側から見た正面図である。 この発明の実施の形態１に係る車両用交流発電機における整流装置を構成するサーキットボードを示す正面図である。 この発明の実施の形態１に係る車両用交流発電機における整流装置にカバーを装着した状態を示す斜視図である。 この発明の実施の形態１に係る車両用交流発電機における整流装置周りの主要な冷却空気の流れを説明する模式図である。 この発明の実施の形態２に係る車両用交流発電機における整流装置周りの他の冷却空気の流れを説明する模式図である。

以下、本発明による車両用交流発電機の好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。

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はこの発明の実施の形態１に係る車両用交流発電機における整流装置を第１ヒートシンク側から見た斜視図、図３はこの発明の実施の形態１に係る車両用交流発電機における整流装置を第２ヒートシンク側から見た斜視図、図４はこの発明の実施の形態１に係る車両用交流発電機における整流装置を第１ヒートシンク側から見た正面図、図５はこの発明の実施の形態１に係る車両用交流発電機における整流装置を構成するサーキットボードを示す正面図、図６はこの発明の実施の形態１に係る車両用交流発電機における整流装置にカバーを装着した状態を示す斜視図、図７はこの発明の実施の形態１に係る車両用交流発電機における整流装置周りの主要な冷却空気の流れを説明する模式図である。なお、図７では、冷却空気の流れを矢印で示している。

図１において、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とからなるハウジング４と、このハウジング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、ハウジング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に固定されてハウジング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１１ａ，１１ｂと、回転子８を囲繞するようにハウジング４に固定された固定子１２と、ハウジング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、略Ｃ字形に作製され、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、固定子１２で生じる交流電圧を整流する整流装置３０と、一対のスリップリング１５の外周側に、かつ整流装置３０の略Ｃ字形の先端間に配設されたブラシホルダ１６内に収納され、各スリップリング１５に摺動する一対のブラシ１７と、ブラシホルダ１６に装着されて固定子１２で生じる交流電圧の大きさを調整する電圧調整器１８と、リヤブラケット３のリヤ側に配置されて、電圧調整器１８などと外部装置（図示せず）との信号の入出力を行うコネクタ１９と、整流装置３０、ブラシホルダ１６、電圧調整器１８を覆うようにリヤブラケット３に装着された絶縁性樹脂からなる保護カバー６０と、を備えている。

回転子８は、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からの磁束の変化で交流が生じる固定子巻線１４と、を備え、固定子鉄心１３がフロントブラケット２およびリヤブラケット３に軸方向両側から挟持されて回転子８を取り囲むように配設されている。ここで、回転子８が１２極で、固定子鉄心１３に形成されるスロット数を７２個とする。すなわち、スロットが毎極毎相当たり２個の割合で形成されている。また、固定子巻線１４は、Ｙ結線された２組の３相交流巻線から構成されている。

吸気口２ａ，３ａが、フロントブラケット２およびリヤブラケット３の軸方向の端面に形成されている。また、排気口２ｂ、３ｂが、フロントブラケット２およびリヤブラケット３の外周縁部に、固定子巻線１４のコイルエンド１４ａ，１４ｂの径方向外方に位置するように形成されている。リヤ側の軸受５は、リヤブラケット３に設けられた軸受取付部２５にフォルダ２６を介して固定されている。

つぎに、整流装置３０の構成を図２乃至図５を参照しつつ説明する。
整流装置３０は、図３および図４に示されるように、第１整流素子としての６つの正極側整流素子２８が実装された第１ヒートシンク３１と、第２整流素子としての６つの負極側整流素子２９が実装され、第１ヒートシンク３１の裏面側に離間して配置される第２ヒートシンク３５と、第１ヒートシンク３１と第２ヒートシンク３５との間に配置され、正極側整流素子２８と負極側整流素子２９とをブリッジ回路を構成するように接続するサーキットボード４０とを有する。

第１ヒートシンク３１は、図２から図４に示されるように、例えばアルミニウムを用いて作製され、略円弧帯状の第１整流素子保持部３２と、第１整流素子保持部３２の内周面および外周面から突き出るように形成された複数の第１内径側フィン３３ａおよび第１外径側フィン３３ｂと、を備えている。また、６つの第１整流素子保持穴３４が、それぞれ、第１整流素子保持部３２を貫通するように形成されて、互いに周方向に離間して、周方向に略円弧状に１列に配列している。

第２ヒートシンク３５は、図２から図４に示されるように、例えばアルミニウムを用いて作製され、略円弧帯状の第２整流素子保持部３６と、第２整流素子保持部３６の外周面および内周面から突き出るように形成された複数の第２外径側フィン３７ａおよび第２内径側フィン３７ｂと、を備えている。また、６つの第２整流素子保持穴３８が、それぞれ、第２整流素子保持部３６を貫通するように形成されて、互いに周方向に離間して、周方向に略円弧状に１列に配列している。

ここで、厚み方向から見たときの第１整流素子保持部３２と第２整流素子保持部３６の輪郭が略一致している。そして、図４に示されるように、第１整流素子保持部３２と第２整流素子保持部３６の輪郭が略一致するように、第１ヒートシンク３１と第２ヒートシンク３５を厚み方向に重ねたときに、第２内径側フィン３７ｂのそれぞれは、軸方向から見て、第１内径側フィン３３ａからはみ出さないように第１内径側フィン３３ａと同じ方向に延在し、第１内径側フィン３３ａの突出端は第２内径側フィン３７ｂの突出端より径方向内方に位置している。また、第１整流素子保持部３２と第２整流素子保持部３６の輪郭が略一致するように、第１ヒートシンク３１と第２ヒートシンク３５を厚み方向に重ねたときに、第１外径側フィン３３ｂのそれぞれは、軸方向から見て、第２外径側フィン３７ａからはみ出さないように第２外径側フィン３７ａと同じ方向に延在し、第１外径側フィン３３ｂの突出端は第２外径側フィン３７ａの突出端より径方向内方に位置している。さらに、第１整流素子保持穴３４と第２整流素子保持穴３８とは、それらの形成領域が厚み方向で重ならないように、互いに周方向に変位している。

正極側整流素子２８は、図１に示されるように、例えばｐｎ接合された半導体素子を樹脂封止して構成され、アノードに接続されたリード電極２８ｂと、カソードに接続された円柱状の銅製のベース２８ａと、を有する。正極側整流素子２８は、リード電極２８ｂが裏面側に突出するように、ベース２８ａを第１整流素子保持穴３４のそれぞれに圧入して、第１ヒートシンク３１に実装される。ベース２８ａの外周面には、セレーションが形成されており、十分な嵌合強度および電気的な接続が確保される。

負極側整流素子２９は、例えばｐｎ接合された半導体素子を樹脂封止して構成され、カソードに接続されたリード電極２９ｂと、アノードに接続された円柱状の銅製のベース２９ａと、を有する。負極側整流素子２９は、リード電極２９ｂが表面側に延出するように、ベース２９ａを第２整流素子保持穴３８のそれぞれに圧入して、第２ヒートシンク３５に実装される。ベース２９ａの外周面には、セレーションが形成されており、十分な嵌合強度および電気的な接続が確保されている。

サーキットボード４０は、図５に示されるように、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）などの絶縁性樹脂を用いて略円弧帯状に作製され、正極側整流素子２８と負極側整流素子２９とをブリッジ回路を構成するように接続するインサート導体２１がインサート成形されている。６つの筒状の樹脂部が、サーキットボード４０の表面側の負極側整流素子２９のリード電極２９ｂに対応する位置のそれぞれに立設されている。そして、対応するインサート導体２１の一端が、筒状の樹脂部の内壁面に露出し、第２整流素子接続部４１を構成する。また、６つの筒状の樹脂部が、サーキットボード４０の裏面側の正極側整流素子２８のリード電極２８ｂに対応する位置のそれぞれに立設されている。そして、対応するインサート導体２１の一端が、筒状の樹脂部の内壁面に露出し、第１整流素子接続部４２を構成する。さらに、６つの筒状の樹脂部が、それぞれ、サーキットボード４０の径方向張り出し部の表面側に立設されている。そして、対応するインサート導体２１の他端が、筒状の樹脂部の内壁面に露出し、固定子巻線１４の口出し線２０が接続される固定子巻線接続部４３を構成する。また、リヤブラケット３に連結されるハウジング連結部４４がサーキットボード４０の周方向の両端部および中央部の３カ所に形成されている。さらに、電圧調整器１８と連結される電圧調整器接続部４７がサーキットボード４０の周方向一側に形成されている。

このように構成された整流装置３０を組み立てるには、まず、正極側整流素子２８のリード電極２８ｂを、サーキットボード４０の表面側から第１整流素子接続部４２の穴に挿入して、第１ヒートシンク３１をサーキットボード４０の表面側に配置する。さらに、負極側整流素子２９のリード電極２９ｂを、サーキットボード４０の裏面側から第２整流素子接続部４１の穴に挿入して、第２ヒートシンク３５をサーキットボード４０の裏面側に配置する。ついで、第２整流素子接続部４１で、負極側整流素子２９のリード電極２９ｂが曲げられることなく第１ヒートシンク３１の厚み方向に伸びて、インサート導体２１の一端に溶接される。ついで、第１整流素子接続部４２で、正極側整流素子２８のリード電極２８ｂが曲げられることなく第１ヒートシンク３１の厚み方向に伸びて、インサート導体２１の一端に溶接され、整流装置３０が組み立てられる。これにより、それぞれ、正極側整流素子２８と負極側整流素子２９とを直列に接続して構成された３つの整流素子対を並列に配列してなる２組の３相ダイオードブリッジが構成される。

このとき、第１整流素子接続部４２が、第２ヒートシンク３５の第２整流素子保持部３６を貫通するように形成された第２貫通穴４６内に遊嵌合状態に配設される。また、第２整流素子接続部４１が、第１ヒートシンク３１の第１整流素子保持部３２を貫通するように形成された第１貫通穴４５内に遊嵌合状態に配設される。

このように組み立てられた整流装置３０は、図４に示されるように、第１ヒートシンク３１の厚み方向に、第１ヒートシンク３１、サーキットボード４０および第２ヒートシンク３５の順に互いに接して重ねられ、第１ヒートシンク３１の厚み方向から見て略Ｃ字状に構成される。そして、第１ヒートシンク３１と第２ヒートシンク３５とに挟まれたサーキットボード４０は、第１ヒートシンク３１の厚み方向から見て、固定子巻線接続部４３、ハウジング連結部４４および電圧調整器接続部４７が第１ヒートシンク３１と第２ヒートシンク３５の積層体から突出し、第２整流素子接続部４１および第１整流素子接続部４２の近傍が、第１貫通穴４５および第２貫通穴４６内に露出している。また、第１内径側フィン３３ａおよび第１外径側フィン３３ｂの突出端は、第２内径側フィン３７ｂおよび第２外径側フィン３７ａの突出端よりも、径方向内側に位置している。そして、隣り合う第１内径側フィン３３ａの間、隣り合う第１外径側フィン３３ｂの間、隣り合う第２外径側フィン３７ａの間、および隣り合う第２内径側フィン３７ｂの間には、第１ヒートシンク３１および第２ヒートシンク３５の厚み方向と平行な冷却風流路が構成される。また、固定子巻線接続部４３、ハウジング連結部４４、電圧調整器接続部４７およびそれらの周辺部には、第１内径側フィン３３ａ、第１外径側フィン３３ｂ、第２外径側フィン３７ａ、および第２内径側フィン３７ｂが形成されていない。

この整流装置３０は、第１ヒートシンク３１の厚み方向、すなわち第１ヒートシンク３１、サーキットボード４０および第２ヒートシンク３５の積層方向を軸方向として、第２ヒートシンク３５をリヤブラケット３の端面に向けて、スリップリング１５の外周側に円弧状に配置される。そして、整流装置３０は、ハウジング連結部４４に通されたボルト（図示せず）をリヤブラケット３に締着して、リヤブラケット３に固定される。これにより、整流装置３０は、リヤブラケット３のリヤ側に、第１ヒートシンク３１の表面をシャフト６の軸心と直交する平面上に位置させて、シャフト６を中心とする略円弧状に配置される。また、固定子巻線１４を構成する２組の３相交流巻線の口出し線２０が、それぞれ、リヤブラケット３からリヤ側に引き出されて固定子巻線接続部４３の樹脂部内に挿入され、インサート導体２１の他端に溶接される。また、電圧調整器接続部４７が電圧調整器１８にネジにより締着固定される。さらに、保護カバー６０が、図１および図６に示されるように、軸方向のリヤ側から、整流装置３０、ブラシホルダ１６、電圧調整器１８を覆うようにリヤブラケット３に装着される。

保護カバー６０は、絶縁性樹脂を用い、円筒部６１と円筒部６１の一側開口を塞口する底部６２とからなる有底筒状に作製される。そして、保護カバー６０の底部６２の整流装置３０と対向するよう領域には、吸い込み口６３が複数形成されている。また、保護カバー６０内には、軸受取付部２５と第２ヒートシンク３５により囲まれた空間７３と、第１ヒートシンク３１、第２ヒートシンク３５および円筒部６１により囲まれた空間６４と、が形成されている。

この車両用交流発電機１では、出力端子ボルト(図示せず）が第１ヒートシンク３１に取り付けられ、第１ヒートシンク３１を介して各正極側整流素子２８のカソードに電気的に接続され、整流装置３０の出力端子を構成する。そして、各負極側整流素子２９のアノードが第２ヒートシンク３５およびリヤブラケット３を介して接地される。さらに、固定子巻線１４の口出し線２０が、固定子巻線接続部４３でインサート導体２１の他端に接続され、３相ダイオードブリッジの正極側整流素子２８と負極側整流素子２９との各接続点に接続される。さらに、界磁巻線９がスリップリング１５およびブラシ１７を介して電圧調整器１８に接続される。

つぎに、このように構成された車両用交流発電機１の動作について説明する。
まず、電流がブラシ１７およびスリップリング１５を介して回転子８の界磁巻線９に供給され、磁束が発生される。この磁束により、Ｎ極とＳ極とがポールコア１０の外周部に周方向に交互に形成される。
一方、エンジン（図示せず）の回転トルクがベルト（図示せず）およびプーリ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。そこで、回転磁界が固定子１２の固定子巻線１４に与えられ、起電力が固定子巻線１４に発生する。この交流の起電力が、整流装置３０で整流され、車載負荷やバッテリに供給される。これにより、車載負荷が駆動され、バッテリが充電される。

ファン１１ａ，１１ｂが回転子８の回転に連動して回転する。フロント側では、冷却空気が吸気口２ａからフロントブラケット２内に流入し、回転子８の近傍まで軸方向に流れる。そこで、冷却空気は、ファン１１ａにより遠心方向に曲げられ、排気口２ｂからフロントブラケット２の外部に排出される。リヤ側では、冷却空気が吸い込み口６３から保護カバー６０内に流入し、第１内径側フィン３３ａ間、第１外径側フィン３３ｂ間、第２内径側フィン３７ｂ間および第２外径側フィン３７ａ間を通ってリヤブラケット３の近傍まで流れる。ついで、冷却空気は、吸気口３ａからリヤブラケット３内に流入し、回転子８の近傍まで軸方向に流れる。そこで、冷却空気は、ファン１１ｂにより遠心方向に曲げられ、排気口３ｂからリヤブラケット３の外部に排出される。

固定子１２で発生した熱の一部は、固定子巻線１４のコイルエンド１４ａ，１４ｂから、ファン１１ａ，１１ｂにより遠心方向に曲げられて排気口２ｂ，３ｂから排出される冷却空気に放熱される。さらに、固定子１２で発生した熱の残部は、フロントブラケット２およびリヤブラケット３に伝達され、フロントブラケット２およびリヤブラケット３から外部空気に放熱される。これにより、固定子１２が冷却される。
また、正極側整流素子２８および負極側整流素子２９で発生した熱は、保護カバー６０内に流入して、第１内径側フィン３３ａ間、第１外径側フィン３３ｂ間、第２内径側フィン３７ｂ間、および第２外径側フィン３７ａ間を流れる冷却空気に放熱される。これにより、正極側整流素子２８および負極側整流素子２９が冷却される。

つぎに、整流装置３０周辺の主要な冷却空気の流れについて図７を用いて説明する。

まず、ファン１１ｂの回転により、ファンブレードとシャフト６との間の領域に負圧が発生する。そこで、この負圧部７２に向かう冷却空気の流れ７０，７１などが生じる。

整流装置３０の内径側では、負圧部７２が形成されることで、第１整流素子保持部３２の内径側に配設された第１内径側フィン３３ａの上流側に位置する吸い込み口６３から保護カバー６０内に流入する冷却空気の流れ７１が生じる。保護カバー６０内に流入した冷却空気は、第１内径側フィン３３ａ間を軸方向に流れ、第１整流素子保持部３２に保持されている正極側整流素子２８の熱を吸収する。第２ヒートシンク３５の内径側端部が、軸受取付部２５の外径側端部より径方向外側に位置しているので、軸受取付部２５と第２ヒートシンク３５との間に空間７３が形成される。第１内径側フィン３３ａ間を流通した冷却空気の一部は、第２整流素子保持部３６の内径側に配設された第２内径側フィン３７ｂ間を軸方向に流れ、第２整流素子保持部３６に保持されている負極側整流素子２９の熱を吸収する。第２内径側フィン３７ｂ間を流通した冷却空気は、負圧部７２に向かって軸方向に流れる。また、第１内径側フィン３３ａ間を流通した冷却空気の残部は、空間７３を負圧部７２に向かって軸方向に流れ、軸受取付部２５に保持された軸受５の熱を吸収する。

整流装置３０の外径側では、負圧部７２が形成されることで、第１整流素子保持部３２の外径側に配設された第１外径側フィン３３ｂの上流側に位置する吸い込み口６３から保護カバー６０内に流入する冷却空気の流れ７０が生じる。第２ヒートシンク３５の外径側端部が、第１ヒートシンク３１の外径側端部より径方向外側に位置しているので、第１ヒートシンク３１と保護カバー６０の円筒部６１との間に空間６４が形成される。保護カバー６０内に流入した冷却空気の一部は、第１外径側フィン３３ｂ間を軸方向に流れ、第１整流素子保持部３２に保持されている正極側整流素子２８の熱を吸収する。第１外径側フィン３３ｂ間を流通した冷却空気は、軸方向に流れ、第２ヒートシンク３５に到達する。保護カバー６０内に流入した冷却空気の残部は、空間６４を軸方向に流れ、ほとんど温度を上昇することなく、第２ヒートシンク３５に到達する。

第２ヒートシンク３５に到達した冷却空気は、第２整流素子保持部３６の外径側に配設された第２外径側フィン３７ａ間を軸方向に流れ、第２整流素子保持部３６に保持されている負極側整流素子２９の熱を吸収する。第２外径側フィン３７ａ間を流通した冷却空気は、第２ヒートシンク３５とリヤブラケット３との間に形成される空間７４を負圧部７２に向かって径方向内方に流れる。

整流装置３０の内径側および外径側を流通して負圧部７２に到達した冷却空気は、ファン１１ｂにより遠心方向に曲げられ、固定子鉄心１３のリヤ側を径方向外方に流れ、固定子鉄心１３および固定子巻線１４の熱を吸収する。

この実施の形態１によれば、サーキットボード４０が、第１整流素子接続部４２および第２整流素子接続部４１を有し、第１整流素子保持部３２と第２整流素子保持部３６との間に配設されている。第１整流素子保持部３２に保持された正極側整流素子２８が、リード電極２８ｂを軸方向に伸ばしてサーキットボード４０の第１整流素子接続部４２に接続されている。第２整流素子保持部３６に保持された負極側整流素子２９が、リード電極２９ｂを軸方向に伸ばしてサーキットボード４０の第２整流素子接続部４１に接続されている。

そこで、正極側整流素子２８のリード電極２８ｂおよび負極側整流素子２９のリード電極２９ｂの長さが短くなるので、リード電極２８ｂ，２９ｂの耐振性が向上し、正極側整流素子２８および負極側整流素子２９の信頼性が高められる。また、リード電極２８ｂが正極側整流素子２８から負極側整流素子２９側に軸方向に伸び、リード電極２９ｂが負極側整流素子２９から正極側整流素子２８側に軸方向に伸びているので、整流装置３０の軸方向寸法を縮小することができるとともに、周方向寸法の増大を抑制できる。さらに、正極側整流素子２８のリード電極２８ｂおよび負極側整流素子２９のリード電極２９ｂを曲げる必要がないので、正極側整流素子２８および負極側整流素子２９の信頼性が向上されるとともに、曲げ工程や曲げ治具が不要となり、製造コストが低減できる。

第１ヒートシンク３１と第２ヒートシンク３５との間に配置されたサーキットボード４０は、軸方向から見て、固定子巻線接続部４３、ハウジング連結部４４、電圧調整器接続部４７およびそれらの周辺部分を除いて、第１整流素子保持部３２と第２整流素子保持部３６との積層体からはみ出さない外形形状（輪郭）に形成されている。そこで、サーキットボード４０が負圧部７２により生じる冷却空気の流れを妨げない。これにより、冷却空気の流通路での圧力損失が小さくなり、冷却空気の流量が増大し、軸受５および整流装置３０を効果的に冷却することができる。また、サーキットボード４０の内径側および外径側のスペースが広くなるので、第１内径側フィン３３ａ、第１外径側フィン３３ｂ、第２内径側フィン３７ｂ、および第２外径側フィン３７ａの放熱面積を大きくでき、整流装置３０を効果的に冷却することができる。さらに、固定子巻線１４のコイルエンド１４ｂ周りを流通する冷却空気の流量が増大するので、コイルエンド１４ｂから冷却空気に放出される熱量が多くなり、固定子１２の温度上昇が抑えられ、車両用交流発電機１の性能を向上することができる。

正極側整流素子２８が互いに離間して周方向に１列に並んで第１整流素子保持部３２に保持され、負極側整流素子２９が、正極側整流素子２８と軸方向に重ならないように、互いに離間して周方向に１列に並んで第２整流素子保持部３６に保持されている。そこで、第１整流素子保持部３２の径方向幅を狭くできるので、正極側整流素子２８と第１内径側フィン３３ａとの距離が短くなり、正極側整流素子２８と第１外径側フィン３３ｂとの距離が短くなる。同様に、第２整流素子保持部３６の径方向幅を狭くできるので、負極側整流素子２９と第２外径側フィン３７ａとの間の距離が短くなり、負極側整流素子２９と第２内径側フィン３７ｂとの距離が短くなる。これにより、正極側整流素子２８および負極側整流素子２９を効果的に冷却でき、正極側整流素子２８および負極側整流素子２９の温度差が抑制され、発電効率を向上させることができる。

整流装置３０では、第１内径側および外径側フィン３３ａ，３３ｂの突出端が、第２内径側および外径側フィン３７ｂ，３７ａの突出端よりも、径方向内側に位置している。

そこで、第１内径側フィン３３ａの突出端側では、軸方向に関して、第１内径側フィン３３ａと第２内径側フィン３７ｂとの重なりがないので、冷却空気が整流装置３０の内径側を流れる際の圧力損失が低減される。また、軸方向から見て、第２内径側フィン３７ｂが突出方向と同じくして第１内径側フィン３３ａと重なるように、すなわち第２内径側フィン３７ｂが第１内径側フィン３３ａからはみ出さないように構成されているので、冷却空気が整流装置３０の内径側を流れる際の圧力損失がさらに低減される。そこで、整流装置３０の内径側を流れる冷却空気の流量が増大し、正極側整流素子２８を効果的に冷却することができる。さらに、第１内径側フィン３３ａ間を流通した冷却空気の一部が、第２内径側フィン３７ｂ間を流通しないので、冷却空気は、温度上昇を抑えられて、軸受取付部２５の冷却に供せられ、軸受５を効果的に冷却することができる。

一方、第２外径側フィン３７ａの突出端側では、軸方向に関して、第１外径側フィン３３ｂと第２外径側フィン３７ａとの重なりがないので、冷却空気が整流装置３０の外径側を流れる際の圧力損失が低減される。また、軸方向から見て、第１外径側フィン３３ｂが突出方向と同じくして第２外径側フィン３７ａと重なるように、すなわち第１外径側フィン３３ｂが第２外径側フィン３７ａからはみ出さないように構成されているので、冷却空気が整流装置３０の外径側を流れる際の圧力損失がさらに低減される。そこで、整流装置３０の外径側を流れる冷却空気の流量が増大する。さらに、冷却空気の一部が、第１外径側フィン３３ｂ間を流通することなく、第２外径側フィン３７ａに到達する。これにより、温度上昇することなく、第２外径側フィン３７ａに供給される冷却空気の流量が多くなるので、負極側整流素子２９を効果的に冷却することができる。

実施の形態２．
図８はこの発明の実施の形態２に係る車両用交流発電機における整流装置周りの冷却空気の流れを説明する模式図である。なお、図８では、冷却空気の流れを矢印で示している。

図８において、サーキットボード４０Ａは、第１ヒートシンク３１と第２ヒートシンク３５とに対して軸方向に離間して配設されている。
なお、他の構成は、上記実施の形態１と同様に構成されている。

このように構成された整流装置３０Ａでは、サーキットボード４０Ａが、第１整流素子保持部３２および第２整流素子保持部３６に対して軸方向に離間して配置されているので、整流装置３０の外径側と内径側とを径方向に連通する径方向通風路４８が、サーキットボード４０Ａと第１整流素子保持部３２との間、およびサーキットボード４０Ａと第２整流素子保持部３６との間に形成される。

そこで、第１外径側フィン３３ｂの径方向外側を流れた、温度上昇していない冷却空気の一部が分岐して、径方向通風路４８を通り、整流装置３０Ａの内径側に流入する。径方向通風路４８を通って整流装置３０Ａの内径側に流入した冷却空気は、ほとんど温度を上昇することなく、第１内径側フィン３３ａ間を流通した冷却空気に合流し、第１内径側フィン３３ａ間を流通した冷却空気の温度を下げる。温度が下げられた冷却空気の一部が、第２内径側フィン３７ｂ間に流入し、第２内径側フィン３７ｂによる冷却性能が高められる。また、温度が下げられた冷却空気の残部が、空間７３を流通し、軸受取付部２５および軸受５を効果的に冷却することができる。

このとき、第１整流素子保持部３２の径方向外側を流れた冷却空気の一部が内径側に分岐するので、第２外径側フィン３７ａ間を流通する冷却空気の流量が低減し、第２外径側フィン３７ａの冷却性能が低下する。しかしながら、第１内径側フィン３３ａ間を流通した後第２内径側フィン３７ｂ間に流入する冷却空気は、径方向通風路４８を通って整流装置３０の内径側に流入した冷却空気が合流することで、温度が低下するので、第２内径側フィン３７ｂの冷却性能が高められる。これにより、第２外径側フィン３７ａの冷却性能の低下が、第２内径側フィン３７ｂの冷却性能の向上により補われ、負極側整流素子２９の温度上昇が抑えられる。

したがって、この実施の形態２においても、上記実施の形態１と同様の効果が得られる。

なお、上記実施の形態２では、サーキットボードが、第１整流素子保持部と第２整流素子保持部との両方に対して軸方向に離間しているが、サーキットボードは、第１整流素子保持部又は第２整流素子保持部に対して軸方向に離間していればよい。

また、上記各実施の形態では、第１整流素子保持穴と第２整流素子保持穴は、それらの形成領域が軸方向で重ならないように、第１整流素子保持部および第２整流素子保持部に形成されているが、正極側整流素子のリード電極および負極側整流素子のリード電極が負極側整流素子および正極側整流素子に干渉されずに軸方向に延びることができれば、第１整流素子保持穴と第２整流素子保持穴の形成領域は、軸方向で部分的に重なってもよい。

また、上記各実施の形態では、回転子の極数が１２極、固定子鉄心のスロット数が７２個としているが、極数およびスロット数はこれに限定されない。
また、上記各実施の形態では、毎極毎相当たりのスロット数が２の場合について説明しているが、毎極毎相当たりのスロット数が２に限定されない。

また、上記各実施の形態では、正極側整流素子を第１ヒートシンクに実装される第１整流素子とし、負極側整流素子を第２ヒートシンクに実装される第２整流素子としているが、正極側整流素子を第２ヒートシンクに実装される第２整流素子とし、負極側整流素子を第１ヒートシンクに実装される第１整流素子としてもよい。

Claims (8)

1. ハウジングと、
   軸心を上記ハウジングの軸方向に一致させて上記ハウジングの軸方向の両端部に形成された軸受保持部に軸受を介して回転可能に支持されたシャフトに固着され、上記ハウジング内に回転可能に配設された回転子と、
   円筒状の固定子鉄心、および上記固定子鉄心に装着された固定子巻線を有し、上記回転子の外周に、同軸に配設されて上記ハウジングに保持された固定子と、
   上記回転子の軸方向の一側の端面に固着され、上記回転子と連動して回転されるファンと、
   上記ハウジングの軸方向の一側の外方に配設された整流装置と、
   有底筒状に形成され、上記整流装置を覆うように上記ハウジングの軸方向の一側に配設され、冷却空気の吸い込み口が底部の上記整流装置に対応する領域に形成された保護カバーと、
   上記ハウジングの上記回転子の軸方向の一側の端面に対向する壁面に形成された吸気口と、
   上記ハウジングの上記固定子巻線の軸方向の一側のコイルエンドに対向する壁面に形成された排気口と、を備え、
   上記ファンの回転により、上記吸い込み口から上記保護カバー内に流入し、上記整流装置を冷却した後、上記吸気口から上記ハウジング内に流入し、上記ファンにより遠心方向に曲げられて上記排気口から排出される上記冷却空気の流通路が構成される車両用交流発電機において、
   上記整流装置は、上記ハウジングの軸方向と直交する平面上に配設された円弧帯状の第１整流素子保持部を有する第１ヒートシンクと、上記第１整流素子保持部に対して上記ハウジング側に離間して、かつ上記ハウジングの軸方向と直交する平面上に配設された円弧帯状の第２整流素子保持部を有する第２ヒートシンクと、上記第１整流素子保持部と上記第２整流素子保持部との間に配設され、ハウジング連結部、固定子巻線接続部、電圧調整器接続部、第１整流素子接続部および第２整流素子接続部を有するサーキットボードと、それぞれ、上記第１整流素子保持部に保持され、第１リード電極を軸方向に伸ばして上記第１整流素子接続部に接続された複数の第１整流素子と、それぞれ、上記第２整流素子保持部に保持され、第２リード電極を軸方向に伸ばして上記第２整流素子接続部に接続された複数の第２整流素子と、を備え、
   上記サーキットボードは、軸方向から見て、上記ハウジング連結部、上記固定子巻線接続部および上記電圧調整器接続部のみが、上記第１整流素子保持部および上記第２整流素子保持部から突出するように構成され、
   複数の第１内径側フィンが、上記第１内径側フィン間に軸方向に平行な冷却風流路を構成するように、上記第１整流素子保持部の内径側に形成され、
   複数の第２外径側フィンが、上記第２外径側フィン間に軸方向に平行な冷却風流路を構成するように、上記第２整流素子保持部の外径側に形成されている車両用交流発電機。
2. 上記第１整流素子接続部が、上記第２整流素子保持部に形成された第２貫通穴内に遊嵌状態に配設され、上記第２整流素子接続部が、上記第１整流素子保持部に形成された第１貫通穴内に遊嵌状態に配設されている請求項１記載の車両用交流発電機。
3. 上記第１整流素子保持部と上記第２整流素子保持部は、軸方向から見て、同一の輪郭を有している請求項１又は請求項２記載の車両用交流発電機。
4. 複数の第２内径側フィンが、上記第２内径側フィン間に上記ハウジングの軸方向と平行な冷却風流路を構成するように、上記第２整流素子保持部の内径側に形成され
   上記複数の第１内径側フィンの内径端が、上記複数の第２内径側フィンの内径端より内径側に位置している請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の車両用交流発電機。
5. 上記複数の第２内径側フィンは、それぞれ、上記第２整流素子保持部からの突出方向を上記複数の第１内径側フィンのそれぞれの上記第１整流素子保持部からの突出方向と同じくして、軸方向に重なっている請求項４記載の車両用交流発電機。
6. 複数の第１外径側フィンが、上記第１外径側フィン間に上記ハウジングの軸方向と平行な冷却風流路を構成するように、上記第１整流素子保持部の外径側に形成され、
   上記複数の第１外径側フィンの外径端が、上記複数の第２外径側フィンの外径端より内径側に位置している請求項１からは請求項５のいずれか１項に記載の車両用交流発電機。
7. 上記複数の第１外径側フィンは、それぞれ、上記第１整流素子保持部からの突出方向を上記複数の第２外径側フィンのそれぞれの上記第２整流素子保持部からの突出方向と同じくして、軸方向に重なっている請求項６記載の車両用交流発電機。
8. 上記サーキットボードが上記第１整流素子保持部と上記第２整流素子保持部との少なくとも一方に対して軸方向に離間して配設されている請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の車両用交流発電機。

Images