WO2017081738A1

WO2017081738A1 - 交流発電機

Info

Publication number: WO2017081738A1
Application number: PCT/JP2015/081557
Authority: WO
Inventors: 譲小林
Original assignee: 三菱電機株式会社
Priority date: 2015-11-10
Filing date: 2015-11-10
Publication date: 2017-05-18
Also published as: US20180269750A1; MX2018005766A; EP3376649A4; JPWO2017081738A1; EP3376649A1; EP3376649B1; US10516321B2; CN108352771B; CN108352771A

Abstract

　交流発電機における整流装置は、整流素子を支持し、且つ、整流素子を冷却する、途切れたリング状のヒートシンクと、ヒートシンクを保持するサーキットボードとを含み、サーキットボードは、係合突起を備え、ヒートシンクは、係合突起が嵌合される穴を備えると共に、重心調整部を備える。

Description

交流発電機

　この発明は、ケーシングに支持された整流装置を備える交流発電機に関し、特にその整流装置の改良に関するものである。

　車両用交流発電機の整流装置では、整流素子としての正極側ダイオードを支持する放熱フィンを有する円弧状の正極側ヒートシンクと、整流素子としての負極側ダイオードを支持する放熱フィンを有する円弧状の負極側ヒートシンクと、正極側ダイオード及び負極側ダイオードと固定子コイルの巻先端部とを電気的に接続するサーキットボードと、を備えている。円弧状のサーキットボードの、内周側に離間された２箇所に係合突起が設けられ、これら係合突起は、正極側ヒートシンク及び負極側ヒートシンクのそれぞれ対応する穴に圧入して保持した状態で、リアブラケットにネジ締結される。組み立てられた整流装置をリアブラケットなどのケースに共締め固定する３か所の固定穴のそれぞれほぼ中間部に、係合突起および穴を配置することで、車両側から来る振動あるいは、交流発電機自身の振動から来る整流装置の共振が抑制され、各部品への機械的負荷が軽減される（例えば、特許文献１参照）。

　また、特許文献２には、嵌合凸部と保持穴構成を備える整流装置が開示されている。この整流装置では、その内周側に軸方向に長く延びる壁部を備える正極側ヒートシンク（特許文献２の図１、図４）と、放熱フィンを備えない板状の負極側ヒートシンクとが示される。

　一方、半導体素子の表面の接合領域に接合材で固定されたリードにおいて、リードの半導体素子上に位置する端部に重心調整部が設けられるものがある。リードの自重による回転モーメントを生じさせない効果で、半導体素子の表面にリードを自立（固定しなくても傾かずに静止する）させた状態で固定でき、接合工程においてスペーサやおもりでリードを固定しなくて済むことで半導体装置の生産性や歩留まりが向上するなどの効果を得ている（例えば、特許文献３参照）。

特開２０１１－２５０４９５号公報特開２０１２－１１０１８０号公報特許第４６２０５６６号明細書

　従来の整流装置では、特に放熱フィンを備えない板状のヒートシンクにおいて、保持部周辺が部分的に、全体の板厚よりも突出した構成とされる（特許文献２における、図４および図７ならびに参照符号２３および２７）。この構成のヒートシンクでは、複数備える整流素子嵌合穴のそれぞれに整流素子を圧入する前の組立工程において、準備したヒートシンクを製造ラインの供給場所で通常、積載保管する際に、省スペースで整然と積載できず、供給時の不具合につながっていた。作りやすさや、整流素子圧入の作業性などから、板状化されるヒートシンクにおいて、軸線方向から見て略Ｃ字状に長く延びる形状の内周側の２箇所だけ段状部が構成されることで、複数を積載時には、段部が干渉し、傾いてしまって正しく積載できず、収納性が改善されない状態にあった。

　本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、効率的な積載が可能であり、また、組立工程において、個々のヒートシンクを円滑に製造ラインに供給でき、生産性を向上させることができる、交流発電機を得ることを目的とする。

　上述した目的を達成するため、本発明の交流発電機は、ケーシング内に回転可能に支持された回転子と、固定子巻線を有し、前記ケーシングに支持された固定子と、前記ケーシングの軸方向の一端側の外側に配設され、前記固定子巻線に発生する交流を整流する整流装置と、前記ケーシングの軸方向の一端側の外側に配設され、前記固定子で生じた交流電圧の大きさを調整する電圧調整器とを備え、前記整流装置は、整流素子を支持し且つ該整流素子を冷却する、途切れたリング状のヒートシンクと、前記ヒートシンクを保持するサーキットボードとを含み、前記サーキットボードは、係合突起を備え、前記ヒートシンクは、前記係合突起が嵌合される穴を備えると共に、重心調整部を備える。

　本発明によれば、ヒートシンク同士の傾きを防止して効率的な積載が可能であり、また、組立工程において、個々のヒートシンクを円滑に製造ラインに供給でき、生産性を向上させることができる。

本発明の実施の形態１に係る交流発電機を示した縦断面図である。図１の整流装置を示す正面図である。図１の整流装置を示す分解斜視図である。図２のＩＶ―ＩＶ矢視断面図である。本発明の実施の形態１に係る負極側ヒートシンクの斜視図である。図５の要部断面図である。積層状態を示す図である。本発明の実施の形態２に係る交流発電機の整流装置を示す斜視図である。図８の背面斜視図である。

　以下、本発明の実施の形態について添付図面に基づいて説明する。なお、図中、同一符号は同一又は対応部分を示すものとする。

　実施の形態１．
　図１は、この発明の実施の形態１に係る交流発電機としての車両用交流発電機の断面図である。

　車両用交流発電機１は、ケーシング４と、シャフト６と、プーリ７と、回転子８と、ファン１１ａ，１１ｂと、固定子１２とを備える。ケーシング４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およびリアブラケット３からなる。シャフト６は、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る。プーリ７は、ケーシング４のフロント側に延出するシャフト６の端部に固着される。回転子８は、シャフト６に固定されてケーシング４内に配設される。ファン１１ａ，１１ｂは、この回転子８の軸方向の両端面に固定される。固定子１２は、回転子８を囲繞するようにケーシング４に固定される。

　さらに、車両用交流発電機１は、上記に加え、一対のスリップリング１５と、整流装置２０と、一対のブラシ１７と、電圧調整器１８と、保護カバー１９とを備えている。一対のスリップリング１５は、ケーシング４のリア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。整流装置２０は、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。一対のブラシ１７は、一対のスリップリング１５の外周側に位置し、かつ整流装置２０の略Ｃ字形の先端間に配設されたブラシホルダ１６内に収納されて、各スリップリング１５に対して摺動する。電圧調整器１８は、ブラシホルダ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。また、車両用交流発電機１には、図示省略するコネクタが設けられており、このコネクタは、リアブラケット３のリア側に配置されて、電圧調整器１８と外部装置（図示せず）との信号の入出力を行う。保護カバー１９は、整流装置２０、ブラシホルダ、電圧調整器１８を覆うようにリアブラケット３に装着された絶縁性樹脂からなる。

　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、を備える。固定子鉄心１３は、フロントブラケット２およびリアブラケット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。なお、一例であるが、回転子８は、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。

　次に、整流装置２０の構成を図２乃至図４を参照しつつ説明する。整流装置２０は、第１ヒートシンクＡＳＳＹとして６つの正極側整流素子２４が実装された正極側ヒートシンクＡＳＳＹ２１と、第２ヒートシンクＡＳＳＹとして６つの負極側整流素子２８が実装された負極側ヒートシンクＡＳＳＹ２５と、正極側整流素子２４と負極側整流素子２８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３０とを有する。それぞれのヒートシンクＡＳＳＹを構成する正極側ヒートシンク２２、負極側ヒートシンク２６は、それぞれ圧入される正極側整流素子２４、負極側整流素子２８の厚み分を基本的に備えた板状にされ、たとえばアルミニウムを用いて作製されている。また、正極側ヒートシンク２２および負極側ヒートシンク２６はそれぞれ、一部が途切れたリング状、あるいは、概ねＣ字状またはＵ字状とみることができる形状を有している。サーキットボード３０は、絶縁性樹脂などを用いて、図示しない複数のインサートターミナルをモールド成形して作製されている。

　整流装置２０は、板状ヒートシンクの厚み方向、すなわち正極側ヒートシンクＡＳＳＹ２１、サーキットボード３０および負極側ヒートシンクＡＳＳＹ２５の積層方向を、その軸方向としている。また、整流装置２０は、負極側ヒートシンクＡＳＳＹ２５をリアブラケット３の端面に向けて配置され、且つ、スリップリング１５の外周側に略Ｃ字状に配置される。そして、整流装置２０は、ケーシング共締め固定部２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃに、正極側ヒートシンクＡＳＳＹ２１側から図示しない絶縁部材を介して通された固定ボルト（図示せず）をリアブラケット３に締着して、リアブラケット３に固定される。これにより、整流装置２０は、最もリア側に、正極側ヒートシンク２２が位置するように配置される。また、整流装置２０は、シャフト６を中心とする略Ｃ字状に配置される。整流装置２０の正極側ヒートシンク２２の表面が、シャフト６の軸心と直交する平面上に位置される。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１４ａ（図１）が、それぞれ、リアブラケット３からリア側に引き出されて固定子巻線接続部３１に挿入され、図示しないインサート導体の他端に溶接される。正極側整流素子２４、負極側整流素子２８は、サーキットボード３０の正極側整流素子接続部３２、負極側整流素子接続部３３、でそれぞれ図示しないインサート導体と接続され、ブリッジ回路が構成される。正極側ヒートシンクＡＳＳＹ２１の周方向一端部の貫通孔には出力端子となる出力端子ボルト（図示せず）が挿入される。

　保持部４０は、サーキットボード３０に設けられる係合突起と、軸方向に対面するヒートシンクに設けられる穴とからなる。係合突起は、円弧状のサーキットボード３０の内周側で、ケーシング共締め固定部２０Ａとケーシング共締め固定部２０Ｂとの間、ならびに、ケーシング共締め固定部２０Ｂとケーシング共締め固定部２０Ｃとの間の、それぞれに、設けられている。図４の断面図に示すように、正極側ヒートシンク２２裏面側（紙面下側）に対面して設けられる係合突起３４と、負極側ヒートシンク２６表面側（紙面上側）に対面して設けられる係合突起３５とが背中合わせで構成され、それぞれ対応する正極側ヒートシンク２２の穴２３及び負極側ヒートシンク２６の穴２７に圧入して保持した状態で、リアブラケット３にネジ締結される。共締め固定する３か所の固定穴のそれぞれほぼ中間部に、係合突起および穴を配置することで、車両側から来る振動あるいは、交流発電機自身の振動から来る整流装置の共振が抑制され、各部品への機械的負荷が軽減される。

　サーキットボード３０や双方のヒートシンクは、強度や整流素子保持機能などを満たす必要最小限の軸長さで構成されているが、保持部４０における、サーキットボード３０と双方のヒートシンクとが対向する側の面は、段状にされており、段に起因した凹凸が互いに当接される。サーキットボード３０と対向しない側である正極側ヒートシンク２２表面および負極側ヒートシンク２６の裏面、はそれぞれ、基本的に平坦で構成される。

　負極側ヒートシンク２６のサーキットボードと対向する面には、穴２７の段と同様の段差で構成される重心調整部２９が設けられる（図５）。つまり、図６および図７の断面図に示すように、穴２７部の厚みと重心調整部２９の厚みは等しくされ、２箇所の穴２７の段が略Ｃ字状の内周側に設けられることで、複数の負極側ヒートシンク２６が積載される際、どうしても生じていた他のヒートシンクの傾きが抑制される。なお、ここでは重心調整部２９は略Ｃ字状の両先端部周辺に設けたが、積載する他方のヒートシンクが平衡を維持できるのであればいずれか１か所、あるいは他の部位に設けてもよい。

　この車両用交流発電機１では、図示しない出力端子ボルトが正極側ヒートシンクＡＳＳＹ２１に取り付けられ、正極側ヒートシンク２２を介して各正極側整流素子２４のカソードに電気的に接続され、整流装置２０の出力端子を構成する。整流装置２０の出力端子は発電機１の出力端子を構成する。また、各負極側整流素子２８のアノードが負極側ヒートシンク２６およびリアブラケット３を介して接地される。さらに、固定子巻線１４の口出し線１４ａが、固定子巻線接続部３１で図示しないインサート導体の他端に接続され、３相整流素子ブリッジの正極側整流素子２４と負極側整流素子２８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２０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。

　実施の形態２．
　次に、本発明の実施の形態２について図８および図９を参照しながら説明する。なお、本実施の形態２は、以下に説明する部分を除いては、上述した実施の形態１と同様であるものとする。

　上記実施の形態１では、正極側ヒートシンク２２および負極側ヒートシンク２６にフィンを備えないものであったが、本実施の形態ではヒートシンクの厚みと同じ厚みのフィンが備えられる。

　図８の斜視図に示す例では、整流装置２２０において、正極側ヒートシンク２２の内周側に、正極側フィン２２１が延出し、且つ、負極側ヒートシンク２６の内周側と外周側とにそれぞれ、負極側フィン２６１、２６２が延出する。そのほかの構成は実施の形態１と同様である。

　例えば、図９の正極側フィン２２１が設けられる正極側ヒートシンク２２の場合、フィンの形状に重ねた重心調整部２２９を構成することで、フィン間を流れる冷却流れを妨げることがなく、発電機の冷却性を低下させることがない。

　以上説明したように、本発明によれば、整流装置のヒートシンクには、重心調整部が形成されているので、略Ｃ字状のヒートシンクが複数積載される際に、保持穴の突出によるヒートシンク同士の傾きを防止して確実な積載が可能であり、また交流発電機の組立工程において、個々のヒートシンクを円滑に製造ラインに供給でき、生産性が向上する。

　以上、好ましい実施の形態を参照して本発明の内容を具体的に説明したが、本発明の基本的技術思想及び教示に基づいて、当業者であれば、種々の改変態様を採り得ることは自明である。

　例えば、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、正極側ヒートシンクを第１ヒートシンクとし、負極側ヒートシンクを第２ヒートシンクとしているが、正極側ヒートシンクを第２ヒートシンクとし、負極側ヒートシンクを第１ヒートシンクとしてもよい。また、重心調整部は、実施の形態１では負極側ヒートシンクに適用し、実施の形態２では正極側ヒートシンクに適用したもので示したが、本発明は、これに限るものでなく、重心調整部は、双方に適用してもいいことは言うまでもない。

　１　車両用交流発電機、４　ケーシング、８　回転子、１２　固定子、１８　電圧調整器、２０、２２０　整流装置、２２、２６　ヒートシンク、２３、２７　穴、３０　サーキットボード、３４　係合突起、２９、２２９　重心調整部、２２１、２６１、２６２　フィン。

Claims

　ケーシング内に回転可能に支持された回転子と、
　固定子巻線を有し、前記ケーシングに支持された固定子と、
　前記ケーシングの軸方向の一端側の外側に配設され、前記固定子巻線に発生する交流を整流する整流装置と、
　前記ケーシングの軸方向の一端側の外側に配設され、前記固定子で生じた交流電圧の大きさを調整する電圧調整器とを備え、
　前記整流装置は、整流素子を支持し且つ該整流素子を冷却する、途切れたリング状のヒートシンクと、前記ヒートシンクを保持するサーキットボードとを含み、
　前記サーキットボードは、係合突起を備え、
　前記ヒートシンクは、前記係合突起が嵌合される穴を備えると共に、重心調整部を備える、
交流発電機。
　上記重心調整部は、前記穴においてみた前記ヒートシンクの厚みと同一の厚みである、
請求項１の交流発電機。
　上記重心調整部は、前記ヒートシンクに設けられたフィンと重ねて設けられている、
請求項１または２の交流発電機。