WO2015063924A1 - 車両用回転電機 - Google Patents

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Abstract

 車両用回転電機は、ケーシングの固定部に固定された整流装置を備えている。整流装置は、整流素子が装着されたヒートシンクと、固定子から引き出された固定子リードを整流素子と電気的に接続するサーキットボードとを有している。ヒートシンクは、素子装着部と、素子装着部から径方向外側に突出した軸流フィンとを有している。ケーシング及び軸流フィンの一方には、軸流フィンを軸線方向について支持する支持部が設けられている。支持部は、整流装置を軸線方向に沿って見たとき、固定部から離れた位置で、固定子リードガイドに隣接して配置されている。

Description

車両用回転電機

 この発明は、回転子及び固定子を備えた車両用回転電機に関するものである。

 回転子と固定子とを収容するフレームと、フレームの外端面に固定される整流装置とを備えた車両用交流発電機が従来から知られている。整流装置は、周方向に間隔を隔ててフレームから突出した複数の締結固定部に締結され、整流素子が配置された大径フィンを有している。フレームには、大径フィンの振動を抑制するために、フレームから突出して大径フィンに接する突起部が設けられている。突起部の位置は、2つの締結固定部間の周方向中間位置となっている(例えば、特許文献1参照)。

 また、複数の整流素子が取り付けられた冷却フィンの放熱面を大きくして冷却フィンの冷却性能を高めるために、冷却フィンの外周部に複数のスリットを通風方向に沿って設けた整流器を有する車両用交流発電機が従来から知られている。冷却フィンは、固定子からの出力線と各整流素子とを電気的に接続する端子台と複数のリベットにより相互に固定されている。各リベットの位置は、冷却フィンの外周部よりも内周側の位置となっている(例えば、特許文献2参照)。

特許第4126813号公報 特許第3956076号公報

 しかし、特許文献1に示した車両用交流発電機では、大径フィンが単なる板状部材であるので、大径フィンの冷却性能の向上をさらに図ることが困難になってしまう。

 また、特許文献2に示されている従来の車両用交流発電機では、冷却フィンの外周部が各リベットからみて片持ちとなってしまい、冷却フィンが振動しやすくなってしまう。また、冷却フィンの放熱面をさらに広げるために冷却フィンの外周部の厚さを他の部分よりも厚くすると、冷却フィンの外周部の重量が増加してしまい、冷却フィンの振動がさらに大きくなってしまう。

 この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、ヒートシンクの冷却性能を向上させると共に、整流装置の振動を抑制することができる車両用回転電機を得ることを目的とする。

 この発明による車両用回転電機は、軸線を中心に回転される回転子、回転子と同軸に配置され、固定子巻線を有する固定子、回転子と固定子とを支持するケーシング、及び整流素子と、整流素子が装着され軸線方向についてケーシングに対向して設けられたヒートシンクと、固定子巻線から引き出された固定子リードを整流素子と電気的に接続するサーキットボードとを有し、ケーシングの固定部に固定されている整流装置を備え、ヒートシンクは、整流素子が装着された素子装着部と、素子装着部から径方向外側に向かって突出する軸流フィンとを有し、サーキットボードは、固定子リードをガイドする固定子リードガイドを有し、軸流フィン及びケーシングの一方には、軸流フィンを軸線方向について支持する支持部が設けられており、支持部は、整流装置を軸線方向に沿って見たとき、固定部から離れた位置で、固定子リードガイドに隣接して配置されている。

 この発明による車両用回転電機によれば、軸流フィンが素子装着部から径方向外側に向かって突出しているので、ヒートシンクの放熱面の面積を増加させることができ、ヒートシンクの冷却性能の向上を図ることができる。また、軸流フィン及びケーシングの一方に設けられた支持部が軸流フィンを軸線方向について支持するので、軸流フィンの振動を支持部によって抑制することができる。これにより、ヒートシンクの振動を抑制することができ、整流装置の振動を抑制することができる。

この発明の実施の形態1による交流発電機を示す断面図である。 図1の保護カバーを外した状態で軸線方向に沿って見たときの交流発電機を示す背面視図である。 図2の整流装置を示す斜視図である。 図3の整流装置を分解した状態を示す平面図である。 図4の負極側ヒートシンクを示す斜視図である。 図1のリヤブラケットを軸線方向背面から見た状態を示す平面図である。 図2の矢印Aに沿って見たときの整流装置を示す拡大概略図である。 この発明の実施の形態2による交流発電機の支持部を含む要部を示す側面拡大図である。

 実施の形態1.
 図1は、この発明の実施の形態1による車両用交流発電機を示す断面図である。図1において、車両用回転電機である車両用交流発電機1(以下、単に交流発電機1と称す)は、発電機本体(回転電機本体)10と、発電機本体10外に配置された電圧調整装置30及び整流装置40と、電圧調整装置30及び整流装置40を覆い発電機本体10に装着された保護カバー50とを有している。

 発電機本体10は、軸線を中心に回転される回転子11と、回転子11の径方向外側に配置され、回転子11の外周を囲む筒状の固定子12と、回転子11及び固定子12を支持するケーシング13と、回転子11への給電を行うためのブラシ装置14とを有している。

 回転子11は、回転子11の軸線上に配置されたシャフト15と、シャフト15に設けられ、ケーシング13内に収容された回転子本体16とを有している。回転子本体16は、ブラシ装置14からの給電により励磁電流が流されて磁束を発生する界磁巻線(図示せず)と、界磁巻線が設けられ、界磁巻線が発生する磁束により磁極が形成される回転子鉄心17とを有している。回転子本体16の軸線方向両端部には、冷却風を発生させるための冷却ファン18が設けられている。

 固定子12は、回転子11と同軸に配置されている。また、固定子12は、回転子本体16を囲む円筒状(環状)の固定子鉄心19と、固定子鉄心19に設けられ、回転子11の回転に伴い界磁巻線からの磁束の変化で交流起電力が生じる固定子巻線20とを有している。

 固定子鉄心19は、磁性体(例えば、鉄等)により構成されている。固定子巻線20からは、電気的接続端である固定子リード20aがケーシング13外に引き出されている。固定子リード20aは、ケーシング13外で整流装置40と接続されている。

 ケーシング13は、それぞれ略椀形状のフロントブラケット21及びリヤブラケット22により構成されている。フロントブラケット21及びリヤブラケット22は、それぞれの開口部同士を対向させて固定子12を挟んだ状態で、複数本のボルトによって互いに固定されている。

 シャフト15は、フロントブラケット21及びリヤブラケット22のそれぞれを貫通している。また、シャフト15は、フロントブラケット21及びリヤブラケット22のそれぞれに軸受24を介して回転自在に支持されている。フロントブラケット21からケーシング13外へ突出するシャフト15の端部には、内燃機関に連結された伝達ベルト(図示せず)が巻き掛けられるプーリ25が固定されている。

 ブラシ装置14は、リヤブラケット22からケーシング13外へ突出したシャフト15の端部に固定された一対のスリップリング26と、ブラシホルダ27によって保持された状態で各スリップリング26に個別に接触する一対のブラシ28とを有している。スリップリング26は、界磁巻線に電気的に接続されている。界磁巻線への給電は、ブラシ28からスリップリング26を通して行われる。シャフト15が回転しているときには、各スリップリング26が各ブラシ28に摺動する。

 電圧調整装置30は、ブラシホルダ27の径方向外側に配置されている。電圧調整装置30は、固定子12で生じる交流電圧の大きさを調整している。

 図2は、図1の保護カバー50を外した状態で軸線方向に沿って見たときの交流発電機1を示す背面視図である。また、図3は、図2の整流装置40を示す斜視図である。さらに、図4は、図3の整流装置40を分解した状態を示す平面図である。

 図1~図4に示すように、整流装置40は、軸線方向についてリヤブラケット22から離れた位置に配置された正極側ヒートシンク41と、リヤブラケット22及び正極側ヒートシンク41の間に配置された負極側ヒートシンク42と、正極側ヒートシンク41及び負極側ヒートシンク42の間に配置されたサーキットボード43とを有している。また、整流装置40は、正極側ヒートシンク41に装着された正極側整流素子44、及び負極側ヒートシンク42に装着された負極側整流素子(整流素子)45も有している。

 正極側ヒートシンク41は、図3及び図4に示すように、略C字状に形成された板状の正極素子装着部411と、正極素子装着部411から径方向内側に向かって突出し、軸線方向に沿って冷却流を通過させる複数枚の板状の正極側軸流フィン412とを有している。

 正極素子装着部411は、負極側ヒートシンク42とサーキットボード43とを介してリヤブラケット22に対向して配置されている。正極素子装着部411には、複数(この例では、6つ)の正極側整流素子44が装着されている。

 正極側整流素子44は、周方向に互いに距離を置いて配置されている。また、正極側整流素子44は、軸線方向について正極素子装着部411を貫通した状態で正極素子装着部411に装着されている。正極素子装着部411の軸線方向の寸法(厚み)は、正極側整流素子44の軸線方向の寸法(厚み)と同等の寸法(厚み)に設定されている。

 正極側軸流フィン412は、周方向に互いに距離を置いて正極素子装着部411の内周部に設けられている。また、正極側軸流フィン412は、軸線方向について正極素子装着部411からリヤブラケット22に向かって延びている。正極側軸流フィン412の軸線方向の寸法は、正極素子装着部411の軸線方向の寸法よりも大きく設定されている。

 図5は、図4の負極側ヒートシンク42を示す斜視図である。図3~図5に示すように、負極側ヒートシンク42は、略C字状に形成された板状の負極素子装着部(素子装着部)421と、負極素子装着部421から径方向外側に向かって突出し、軸線方向に沿って冷却流を通過させる複数枚の板状の負極側軸流フィン(軸流フィン)422とを有している。また、負極側ヒートシンク42は、リヤブラケット22に対向して配置されている。

 負極素子装着部421は、軸線方向についてリヤブラケット22から隙間を空けて配置されている。負極素子装着部421には、複数(この例では、6つ)の負極側整流素子45が装着されている。

 負極側整流素子45は、周方向に互いに距離を置いて配置されている。また、負極側整流素子45は、軸線方向について負極素子装着部421を貫通した状態で負極素子装着部421に装着されている。負極素子装着部421の軸線方向の寸法(厚み)は、負極側整流素子45の軸線方向の寸法(厚み)と同等の寸法(厚み)に設定されている。

 負極側軸流フィン422は、周方向に互いに距離を置いて負極素子装着部421の外周部に設けられている。また、図3及び図5に示すように、負極側軸流フィン422は、軸線方向についてリヤブラケット22から離れる方向へ負極素子装着部421から延びている。負極側軸流フィン422の軸線方向の寸法は、負極素子装着部421の軸線方向の寸法よりも大きく設定されている。

 正極側ヒートシンク41及び負極側ヒートシンク42の材料には、共に金属が用いられており、この例では、共にアルミニウムが用いられている。

 サーキットボード43は、樹脂成型体(絶縁体)と、樹脂成型体と一体化された複数本のインサート導体(図示せず)とを有している。サーキットボード43は、正極側整流素子44と負極側整流素子45とがブリッジ回路を構成するように正極側整流素子44と負極側整流素子45とを各インサート導体によって接続する。樹脂成型体は、ポリブチレンテレフタレート(PBT)などの絶縁性樹脂を用いて略C字状にモールド成型されている。複数のインサート導体は、インサート成型により樹脂成型体と一体化されている。

 サーキットボード43の樹脂成型体は、インサート導体がインサート成型された略C字状の基部431と、周方向に互いに距離を置いて基部431に設けられた複数(この例では、4つ)の固定子リードガイド432とを有している。

 固定子リードガイド432は、軸線方向に沿って整流装置40を見たとき、周方向について負極側軸流フィン422と隣り合うように設けられている。また、少なくとも一部(この例では、2つ)の固定子リードガイド432は、軸線方向に沿って整流装置40を見たとき、周方向について負極側軸流フィン422に挟まれるように設けられている。さらに、軸線方向に沿って整流装置40を見たとき、負極側軸流フィン422の径方向外側端部を繋げた最外径位置と、固定子リードガイド432の径方向外側端部を繋げた最外径位置とが同位置になっている。これにより、軸線方向に沿って整流装置40を見たとき、少なくとも一部の固定子リードガイド432の周方向両側に負極側軸流フィン422が配置され、固定子リードガイド432の径方向内側に負極素子装着部421が配置され、少なくとも一部の固定子リードガイド432の三方を負極側ヒートシンク42が囲むような構造になっている。

 また、固定子リードガイド432には、図1に示すように、ガイド穴432aが軸線方向へ貫通して設けられている。固定子リードガイド432は、ガイド穴432aに固定子リード20aを通した状態で、サーキットボード43のインサート導体へ固定子リード20aをガイドしている。

 図6は、図1のリヤブラケット22を軸線方向リヤ側背面(リヤ側)から見た状態を示す平面図である。図6に示すように、リヤブラケット22には、複数(この例では、3つ)の固定部70(70a,70b,70c)が周方向について互いに離して設けられている。整流装置40には、図2に示すように、各固定部70の位置に合わせて複数(この例では、3つ)の取付部60が設けられている。整流装置40の各取付部60は、リヤブラケット22の各固定部70に締結具(例えばボルト等)によってそれぞれ締結固定されている。整流装置40は、図3に示すように、負極側ヒートシンク42、サーキットボード43、正極側ヒートシンク41を順に重ね合わせた状態で、リヤブラケット22に固定されている。

 整流装置40の取付部60は、図4に示すように、正極素子装着部411に設けられた取付構成部61と、負極素子装着部421に設けられた取付構成部62と、基部431に設けられた取付構成部63とが重ねられて構成されている。各取付構成部61,62,63は、略C字状の負極素子装着部421、正極素子装着部411及び基部431の両端部周辺と中央部との計3箇所にそれぞれ設けられている。この例では、整流装置40の中央部に位置する取付部60が、3つの固定部70のうち固定部70aに固定され、整流装置40の両端部周辺に位置する取付部60が、残りの2つの固定部70である固定部70b,70cに固定されている。

 リヤブラケット22には、複数(この例では、4つ)の貫通孔23が固定子リード20aの位置に対応させて開けられている。一部の貫通孔23の位置は、軸線方向についてリヤブラケット22を見たとき、周方向について各固定部70から離れた位置となっている。この例では、4つの貫通孔23のうち、2つの貫通孔23が、固定部70aの周方向両側で固定部70aに隣接して設けられた固定部隣接貫通孔23aとされ、残りの2つの貫通孔23が、各固定部70から離れた位置に設けられた固定部離間貫通孔23bとされている。固定部離間貫通孔23bは、各固定部70b,70cのそれぞれと固定部70aとの間の中央周辺に設けられている。

 サーキットボード43の固定子リードガイド432の一部は、図1に示すように、貫通孔23に挿入されている。固定子巻線20から引き出された固定子リード20aは、貫通孔23内に挿入された固定子リードガイド432のガイド穴432aを通ってケーシング13外に達し、サーキットボード43のインサート導体に接続されることで、負極側整流素子45及び正極側整流素子44と電気的に接続される。

 さらに、リヤブラケット22には、軸線方向についてリヤブラケット22から整流装置40に向けて突出する複数(この例では、4つ)の支持部80が設けられている。支持部80は、リヤブラケット22に一体となっており、周方向について互いに距離を置いて配置されている。また、支持部80は、軸線方向に沿ってリヤブラケット22を見たとき、各固定部70よりも固定部離間貫通孔23bに近い位置に配置されている。この例では、周方向について固定部離間貫通孔23bを挟む位置(周方向両側)に支持部80がそれぞれ設けられている。従って、支持部80は、軸線方向に沿って整流装置40を見たとき、各固定部70から離れた位置で、周方向について固定子リードガイド432を挟む位置(即ち、固定子リードガイド432に周方向について隣接する位置)にそれぞれ設けられている。

 図7は、図2の矢印Aに沿って見たときの整流装置40を示す拡大概略図である。図7に示すように、リヤブラケット22から突出した支持部80の端部は、支持部80と対向する一部の負極側軸流フィン422の軸方向端部に接している。これにより、支持部80は、複数の負極側軸流フィン422のうち、固定子リードガイド432の周方向両側に位置する負極側軸流フィン422(一部の負極側軸流フィン422)を軸線方向について支持している。

 保護カバー50は、リヤブラケット22に固定されており、ブラシ装置14、電圧調整装置30、及び整流装置40を保護している。

 次に、交流発電機1の動作について説明する。バッテリ(図示せず)からブラシ28、スリップリング26を通じて界磁巻線に電流が供給されると、磁束が発生し、回転子鉄心17が着磁される。この状態で、内燃機関(エンジン)からの駆動力によって回転子11が回転されると、鎖交する磁束が変化し固定子巻線20に起電力が生じる。この交流の起電力は、整流装置40を通って直流に整流されるとともに、電圧調整装置30によりその大きさが調整されてバッテリに充電される。

 このような交流発電機1では、負極側軸流フィン422が素子装着部421から径方向外側に向かって突出しているので、負極側ヒートシンク42の放熱面の面積を増加させることができ、負極側ヒートシンク42の冷却性能の向上を図ることができる。また、負極側軸流フィン422を軸線方向について支持する支持部80がリヤブラケット22に設けられているので、負極側軸流フィン422を支持部80で直接受けることができる。これにより、車両に搭載された整流装置40が多大な振動を受けたときでも、図5の矢印で示すような負極側ヒートシンク42の軸線方向及び径方向の振動を抑制することができ、整流装置40の振動を抑制することができる。

 また、支持部80は、整流装置40を軸線方向に沿って見たとき、リヤブラケット22の各固定部70から離れた位置で、固定子リードガイド432に隣接して配置されているので、固定子リードガイド432の振動を抑制することができる。これにより、ガイド穴432aを通っている固定子リード20aの損傷を防ぐことができ、交流発電機1の信頼性の向上を図ることができる。

 さらに、軸線方向に沿って整流装置40を見たとき、支持部80が、周方向について固定子リードガイド432を挟む位置にそれぞれ設けられているので、固定子リードガイド432の振動をより確実に抑制することができる。これにより、固定子リード20aの損傷をより確実に防ぐことができる。

 また、各軸流フィン412,422の軸線方向の寸法は、各素子装着部411,421の軸線方向の寸法よりも大きくなっているので、放熱面の面積を大きくすることができ、冷却性能を向上させることができる。この場合、負極側軸流フィン422の寸法増大により負極側軸流フィン422の重量が大きくなっても、負極側軸流フィン422の振動を支持部80により効果的に抑制することができる。

 なお、上記実施の形態では、リヤブラケット22から突出した支持部80が負極側軸流フィン422と接しているが、支持部80と負極側軸流フィン422との間に緩衝部材等を設けていてもよい。

 実施の形態2.
 実施の形態1では、支持部80がリヤブラケット22に設けられているが、実施の形態2では、支持部80が負極側軸流フィン422に設けられている例について説明する。

 図8は、この発明の実施の形態2による交流発電機1の支持部80を含む要部を示す側面拡大図である。なお、図8は、実施の形態1の図7に対応する図である。図8に示すように、一部の負極側軸流フィン422の軸方向端部には、軸線方向について負極側軸流フィン422からリヤブラケット22に向けて突出する複数の支持部80が設けられている。この例では、負極側ヒートシンク42及び各支持部80が一体成形により得られた単一材となっている。各支持部80の端部は、支持部80と対向するリヤブラケット22に接している。

 また、支持部80は、実施の形態1と同様に、軸線方向に沿ってリヤブラケット22を見たとき、固定部離間貫通孔23bに近い位置に配置されている。この例では、固定部離間貫通孔23bを周方向について挟む位置に配置されている負極側軸流フィン422の軸方向端部に支持部80がそれぞれ設けられている。従って、支持部80は、軸線方向に沿って整流装置40を見たとき、リヤブラケット22の各固定部70から離れた位置で、固定子リードガイド432に隣接して配置されている。その他の構成は、実施の形態1と同様である。

 このような交流発電機1でも、負極側軸流フィン422に設けられた支持部80が軸線方向について負極側軸流フィン422を支持することにより、負極側ヒートシンク42の振動を抑制することができる。これにより、実施の形態1と同様に、整流装置40の振動を抑制することができ、固定子リード20aの損傷を防ぐことができる。

 なお、上記実施の形態では、負極側軸流フィン422から突出した支持部80がリヤブラケット22と接しているが、実施の形態1と同様に、支持部80とリヤブラケット22との間に緩衝部材等を設けていてもよい。

 また、各上記実施の形態は、一実施例であり、各軸流フィン412,422、及び固定子リードガイド432等の構成部品の配置、個数、及び形状等は、これに限定されるものではない。例えば、各上記実施の形態では、周方向について固定子リードガイド432を挟む位置にのみ支持部80を設けているが、リヤブラケット22の構成が許す限り、複数箇所に支持部80を設けていてもよい。

 また、各上記実施の形態では、この発明が車両用交流発電機1に適用されているが、車両用回転電機である発電電動機にこの発明を適用してもよい。

Claims (3)

  1.  軸線を中心に回転される回転子、
     上記回転子と同軸に配置され、固定子巻線を有する固定子、
     上記回転子と上記固定子とを支持するケーシング、及び
     整流素子と、上記整流素子が装着され軸線方向について上記ケーシングに対向して設けられたヒートシンクと、上記固定子巻線から引き出された固定子リードを上記整流素子と電気的に接続するサーキットボードとを有し、上記ケーシングの固定部に固定されている整流装置
     を備え、
     上記ヒートシンクは、上記整流素子が装着された素子装着部と、上記素子装着部から径方向外側に向かって突出する軸流フィンとを有し、
     上記サーキットボードは、上記固定子リードをガイドする固定子リードガイドを有し、
     上記軸流フィン及び上記ケーシングの一方には、上記軸流フィンを軸線方向について支持する支持部が設けられており、
     上記支持部は、上記整流装置を軸線方向に沿って見たとき、上記固定部から離れた位置で、上記固定子リードガイドに隣接して配置されている車両用回転電機。
  2.  上記支持部は、周方向について上記固定子リードガイドを挟む位置にそれぞれ配置されている請求項1に記載の車両用回転電機。
  3.  上記軸流フィンの軸線方向の寸法は、上記素子装着部の軸線方向の寸法よりも大きくなっている請求項1または請求項2に記載の車両用回転電機。
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