JP4400577B2

JP4400577B2 - ブラシレス車両用交流発電機

Info

Publication number: JP4400577B2
Application number: JP2006012247A
Authority: JP
Inventors: 寛浜田
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2006-01-20
Filing date: 2006-01-20
Publication date: 2010-01-20
Anticipated expiration: 2026-01-20
Also published as: JP2007195355A; US20070170821A1; US7449806B2

Description

本発明は、トラック、建機、農機等に搭載されるブラシレス車両用交流発電機に関する。

近年、乗用車メーカやトラックメーカにおいて排気ガス規制に対応すべくエンジンを改良してきており、それに伴いエンジンに搭載される部品の周囲温度も高くなる傾向にある。また、安全性を確保するための装置や、追加電源、快適性を求める傾向も年々増加し、車両用発電機の負荷が増加してきている。車両用発電機の構造は、乗用車に搭載されるブラシ付き構造の他に、稼働時間や走行距離が長い長距離トラックや粉塵が舞う悪環境下で使用される建機や農機等に搭載される超寿命対応のブラシレス構造に分類できるが、特に北米長距離トラックやバス、建機などでは、上記の周囲温度上昇に対応し、かつ、高出力を得ることが可能なブラシレス構造の車両用発電機が求められている。

高出力を得る技術としては、固定子の外径を拡大したり積厚を長くする技術、固定子巻線の抵抗を低抵抗化する技術などが公知であるが、高出力化に伴って整流装置における発熱量が増すため、整流装置の温度上昇が顕著になる。

従来の車両用発電機の中には、出力電流を得る主整流用ダイオードの他に励磁電流を得る補助整流用ダイオードを備えるものがある（例えば、特許文献１参照。）。この車両用発電機では、整流装置を構成する放熱フィンの上面あるいは下面に補助整流用ダイオードが配置されている。
特開昭６０−１０９７４８号公報（第１−３頁、図１−４）

ところで、上述したように車両用発電機の高出力化に伴って整流装置の温度が上昇すると、放熱フィンの上面あるいは下面に近接配置された補助ダイオード（補助整流用ダイオード）の温度が高くなるという問題があった。励磁電流を得るために使用される補助ダイオード自体の発熱量は少ないが、放熱フィンからの放射熱を受けるためである。また、北米向けのブラシレス車両用交流発電機は２つの取り付けタイプに分類され、ステー寸法が規格化されている。このため、径方向の大きさが限られており、回転子を保持する軸受と固定子や整流装置との間の距離が接近することから、この軸受けの温度も大幅に上昇するという問題があった。以上より、ブラシレス構造を採用した場合であっても、高出力化に伴う補助ダイオードや軸受けの温度上昇によって、本来の長寿命化という目的を達成することが困難になってきている。

その対策として、冷却ファンの風量や風速を上げる等の公知技術はあるが、ブラシレス車両用発電機に備わった冷却ファンでは前述の径方向の寸法制約上外径が大きくできず、しかも、ファンブレード枚数増加や軸方向の面積を増加させようとしてもファンブレード１枚１枚の強度が低下するおそれがあるためこれらの対策にも限界があり、風速や風量を思ったように増加できていない。

本発明は、このような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、補助ダイオードや軸受けの温度を低減して長寿命化を実現することができるブラシレス車両用交流発電機を提供することにある。

上述した課題を解決するために、本発明のブラシレス車両用交流発電機は、固定子巻線を有する固定子と、固定子の内周側に対向配置された回転子と、回転子に供給する磁束を発生する界磁巻線と、固定子巻線の出力電圧を整流して外部に出力する複数の整流素子と固定子巻線の出力電圧を整流して界磁巻線に励磁電流を供給する補助ダイオードとを有する整流装置と、回転子の回転軸の端部を回転可能に保持する軸受けと、整流装置を含む電気部品を保護するとともに冷却風を導入する複数の吸気穴を有するリアカバーとを備えており、補助ダイオードは、回転子の回転軸に沿って、軸受けとリアカバーの間に配置されている。ブラシレス構造の場合には回転子の回転軸の端部を覆うように配置されるブラシ装置が不要となるため、この空きスペースに補助ダイオードを配置することが可能になり、整流装置の放熱フィンから離すことによる補助ダイオードの温度低減や、温度低減に伴う補助ダイオードの長寿命化が可能になる。

また、上述した補助ダイオードは、整流素子が接合された放熱フィンの内周側であって周方向位置が重複しない位置に配置されていることが望ましい。これにより、放熱フィン表面からの放熱による補助ダイオードに対する直接的な熱害の影響を防ぐことが可能になる。

また、上述した複数の吸気穴の一部は、回転子の回転軸に沿って、補助ダイオードに対応する位置に形成されていることが望ましい。これにより、外部から吸入されて他の部材の冷却に使用されていない低い温度の冷却風を直接補助ダイオードや軸受けに当てることができ、これらの温度を確実に低減するとともに長寿命化を実現することが可能となる。

また、上述した整流装置は、整流素子が接合された放熱フィンと、整流素子および補助ダイオードの電気配線を行う金属製の端子を有するとともに放熱フィンから補助ダイオードに対する放熱を遮断する隔壁部が補助ダイオードの周囲に形成された端子台とを備えることが望ましい。具体的には、上述した隔壁部は凹形状を有しており、隔壁部の内側に補助ダイオードが配置されていることが望ましい。これにより、隔壁部によって放熱フィンから補助ダイオードへの放熱を確実に遮断するとともに、隔壁部に沿って補助ダイオードや軸受けに冷却風を導くことが可能になり、これらの温度を確実に低減することが可能となる。

また、上述したリアカバーは、外部から導入される冷却風を補助ダイオードに導く吸気導入ガイド壁を備えることが望ましい。これにより、外部から吸入されて他の部材の冷却に使用されていない低い温度の冷却風のみを分離して直接補助ダイオードや軸受けに当てることができ、これらの温度を確実に低減することが可能になる。

以下、本発明を適用した一実施形態のブラシレス車両用交流発電機について、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、一実施形態のブラシレス車両用交流発電機の全体構造を示す断面図である。また、図２は一実施形態のブラシレス車両用交流発電機の全体構造を示す背面図である。

図１および図２に示すように、本実施形態のブラシレス車両用交流発電機１は、固定子２、回転子３、界磁巻線４、フロントハウジング５１、リアハウジング５２、整流装置６、レギュレータ７、リアカバー８等を備えている。

固定子２は、電機子として働くものであり、固定子鉄心２１に固定子巻線２２が巻回されている。回転子３は、界磁として働くものであり、固定子２の内周側に対向配置されている。この回転子３は、回転軸３１とともに回転する回転継鉄部３２、３３と、回転継鉄部３３と一体に形成された爪状磁極部３４と、リング状の支持部材３５によって爪状磁極部３４と一体化された爪状磁極部３６とを備えている。また、回転軸３１の後方端部にはこの回転軸３１を回転可能に保持する軸受け３７が設けられている。

界磁巻線４は、回転子３に供給する磁束を発生させるものであり、固定継鉄部４１に巻回されている。固定継鉄部４１は、筒状部材であってボルト４２によってリアハウジング５２に固定されている。この固定継鉄部４１は、回転子３によって構成される界磁の一部をなしている。

フロントハウジング５１およびリアハウジング５２は、固定子２および回転子３を支持するものである。上述した軸受け３７は、リアハウジング５２に圧入されて固定されている。また、フロントハウジング５１からは回転軸３１の端部が突出しており、この突出した回転軸３１に冷却ファン５３およびプーリ（図示せず）がナット５４によって締め付け固定される。レギュレータ７は、界磁巻線４に供給する励磁電流を断続することにより、ブラシレス車両用交流発電機１の出力電圧を調整する。

次に、整流装置６とリアカバー８の詳細について説明する。図３は、整流装置６の平面図である。図４は、整流装置６の底面図である。図５は、整流装置６の斜視図である。図６は、整流装置６とリアカバー８の組み付け状態を示す概略図である。これらの図に示すように、整流装置６は、端子台６１を挟んで軸方向に離間して対向するように積層された正極側放熱フィン６２と負極側放熱フィン６３とを備えている。正極側放熱フィン６２に設けられた６箇所の貫通した取付孔には６個の正極側整流素子６４が圧入されている。同様に、負極側放熱フィン６３に設けられた６箇所の貫通した取付孔には６個の負極側整流素子６５が圧入されている。３個の正極側整流素子６４と３個の負極側整流素子６５とが一組となって三相全波整流回路が構成されている。本実施形態の整流装置６にはこのような三相全波整流回路が二組備わっており、固定子巻線２２の出力電圧を整流して、正極側放熱フィン６２に固定された出力端子６６を介して出力電流を外部に出力している。

また、整流装置６は、固定子巻線２２に誘起された電圧を整流して界磁巻線４に励磁電流を供給する３個の補助ダイオード６７を有している。これらの補助ダイオード６７は端子台６１に取り付けられている。端子台６１は、正極側整流素子６４、負極側整流素子６５および補助ダイオード６７に対して必要な電気配線を行う金属製の端子６８と、この端子６８に接合された補助ダイオード６７に対する正極側放熱フィン６２および負極側放熱フィン６３からの放熱を遮断する隔壁部６９とを有する。隔壁部６９は、凹形状を有しており、その内側に３個の補助ダイオード６７が配置されている。これにより、正極側放熱フィン６２および負極側放熱フィン６３の内周側であって周方向位置が重複しない位置に各補助ダイオード６７を配置することが可能となる。また、隔壁部６９の凹部の底面に相当する箇所には、吸気導入穴７０が形成されている。

リアカバー８は、整流装置６およびレギュレータ７からなる電気部品を保護するためのものであり、冷却風を内部（電気部品側）に導入する複数の吸気穴８１と、電気部品側に突出した筒形状の吸気導入ガイド壁８３とを有しており、例えば樹脂材料によって形成されている。吸気導入ガイド壁８３は、吸気穴８１を通して内部に導入された冷却風を、整流装置６の端子台６１に形成された隔壁部６９の複数の吸気導入穴７０に導くためのものである。なお、リアカバー８には、吸気穴８１以外に、正極側放熱フィン６２や負極側脳熱フィン６３に冷却風を導入する吸気窓が形成されているが、図１や図６では図示が省略されている。

回転軸３１とともに冷却ファン５３が回転すると、リアカバー８に形成された吸気穴８１を通して冷却風が吸気導入ガイド壁８３の内周側空間内に導入される。この冷却風は、さらに整流装置６の端子台６１の隔壁部６９の底面部分に形成された吸気導入穴７０を通して隔壁部６９の内周側空間内に導入され、補助ダイオード６７を冷却した後に、リアハウジング５２の軸受け３７が固定された部分を通過し、リアハウジング５２の内部空間（固定子２や回転子３が収納された空間）に到達する。

図７は、本実施形態のブラシレス車両用交流発電機１における補助ダイオード６７と軸受け３７の温度を周囲温度１０５°Ｃで測定した結果を示す図である。図７において、Ａは本実施形態の構造における温度を、Ｂは従来構造における温度をそれぞれ示している。図７に示すように、補助ダイオード６７については従来構造に対して４０°Ｃ、軸受け３７については５°Ｃの低減効果が確認された。

このように、本実施形態のブラシレス車両用交流発電機１では、ブラシレス構造の場合には回転子３の回転軸３１の端部を覆うように配置されるブラシ装置が不要となることに着目し、この空きスペースに補助ダイオード６７を配置することで、整流装置６の正極側放熱フィン６２や負極側放熱フィン６３から補助ダイオード６７を離すことによる補助ダイオード６７の温度低減が可能になる。すなわち、補助ダイオード６７を、正極側放熱フィン６２や負極側放熱フィン６３の内周側であって周方向位置が重複しない位置に配置することにより、これら正極側放熱フィン６２や負極側放熱フィン６３の表面からの放熱による補助ダイオード６７に対する直接的な熱害の影響を防ぐことが可能になる。また、温度低減に伴う補助ダイオード６７の長寿命化が可能になる。

また、リアカバー８の吸気穴８１を、回転子３の回転軸３１に沿って、補助ダイオード６７に対応する位置に形成することにより、リアカバー８の外部から吸入されて他の部材の冷却に使用されていない低い温度の冷却風を直接補助ダイオード６７や軸受け３７に当てることができ、これらの温度を確実に低減するとともに長寿命化を実現することが可能となる。

また、整流装置６の端子台６１に正極側放熱フィン６２や負極側放熱フィン６３から補助ダイオード６７に対する放熱を遮断する凹形状の隔壁部６９を形成し、この隔壁部６９の内側に補助ダイオード６７を配置している。このため、隔壁部６９によって正極側放熱フィン６２や負極側放熱フィン６３から補助ダイオード６７への放熱を確実に遮断するとともに、隔壁部６９に沿って補助ダイオード６７や軸受け３７に冷却風を導くことが可能になり、これらの温度を確実に低減することが可能となる。

また、リアカバー８に、外部から導入される冷却風を補助ダイオード６７に導く吸気導入ガイド壁８３を備えることにより、リアカバー８の外部から吸入されて他の部材の冷却に使用されていない低い温度の冷却風のみを分離して直接補助ダイオード６７や軸受け３７に当てることができ、これらの温度を確実に低減することが可能になる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々の変形実施が可能である。例えば、上述した実施形態では、フロントハウジング５１の外部に冷却ファン５３が備わった外扇タイプのブラシレス車両用交流発電機について説明したが、フロントハウジング５１とリアハウジング５２の内部であって回転子３に冷却ファンが備わった内扇タイプのブラシレス車両用交流発電機について本発明を適用するようにしてもよい。また、リアカバー８がリアハウジング５２とは別に備わった構造のブラシレス車両用交流発電機について説明したが、リアハウジング５２によって電気部品全体を覆うようにしてリヤカバーを省略した構造についても本発明を適用することができる。この場合には、リアカバー８に形成された吸気導入ガイド壁８３をリアハウジング５２の一部に形成すればよい。

一実施形態のブラシレス車両用交流発電機の全体構造を示す断面図である。一実施形態のブラシレス車両用交流発電機の全体構造を示す背面図である。整流装置の平面図である。整流装置の底面図である。整流装置の斜視図である。整流装置とリアカバーの組み付け状態を示す概略図である。本実施形態のブラシレス車両用交流発電機における補助ダイオードと軸受けの温度を測定した結果を示す図である。

符号の説明

１ブラシレス車両用交流発電機
２固定子
３回転子
４界磁巻線
６整流装置
７レギュレータ
８リアカバー
３１回転軸
３７軸受け
５１フロントハウジング
５２リアハウジング
５３冷却ファン
６１端子台
６２正極側放熱フィン
６３負極側放熱フィン
６４正極側整流素子
６５負極側整流素子
６７補助ダイオード
６８端子
６９隔壁部
７０吸気導入穴
８１吸気穴
８３吸気導入ガイド壁

Claims

固定子巻線を有する固定子と、前記固定子の内周側に対向配置された回転子と、前記回転子に供給する磁束を発生する界磁巻線と、前記固定子巻線の出力電圧を整流して外部に出力する複数の整流素子と前記固定子巻線の出力電圧を整流して前記界磁巻線に励磁電流を供給する補助ダイオードとを有する整流装置と、前記回転子の回転軸の端部を回転可能に保持する軸受けと、前記整流装置を含む電気部品を保護するとともに冷却風を導入する複数の吸気穴を有するリアカバーとを備えるブラシレス車両用交流発電機において、
前記補助ダイオードは、前記回転子の回転軸に沿って、前記軸受けと前記リアカバーの間に配置されており、
前記整流装置は、前記整流素子が接合された放熱フィンと、前記整流素子および前記補助ダイオードの電気配線を行う金属製の端子を有するとともに前記放熱フィンから前記補助ダイオードに対する放熱を遮断する隔壁部が前記補助ダイオードの周囲に形成された端子台とを備えることを特徴とするブラシレス車両用交流発電機。
請求項１において、
前記補助ダイオードは、前記整流素子が接合された放熱フィンの内周側であって周方向位置が重複しない位置に配置されていることを特徴とするブラシレス車両用交流発電機。
請求項１において、
前記複数の吸気穴の一部は、前記回転子の回転軸に沿って、前記補助ダイオードに対応する位置に形成されていることを特徴とするブラシレス車両用交流発電機。
請求項１〜３のいずれかにおいて、
前記隔壁部は凹形状を有しており、
前記隔壁部の内側に前記補助ダイオードが配置されていることを特徴とするブラシレス車両用交流発電機。
請求項１〜４のいずれかにおいて、
前記リアカバーは、外部から導入される冷却風を前記補助ダイオードに導く吸気導入ガイド壁を備えることを特徴とするブラシレス車両用交流発電機。