JP4506820B2 - 車両用交流発電機の整流装置 - Google Patents

Description

本発明は、乗用車やトラック等に搭載される車両用交流発電機の整流装置に関する。

従来から、整流素子の圧入に伴う放熱フィンの破損を防止するために圧入部周辺の厚みを増すようにした車両用交流発電機の整流装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

一方、車両の電気負荷の増加に対応して、車両用交流発電機は高出力化がなされ、それに伴い、通電される電流密度の上昇を抑制するために、発電機の出力端子から引き出される出力線の断面積が大きくなり、出力線の重量が増加するようになってきている。

また、整流装置の正極側放熱フィンから引き出される出力端子は一般にはボルトが用いられ、このボルトに出力線のターミナルをナットで締結するが、高出力化に対応して、ボルト径を大きく、またねじ径も大きくして締め付けをより強固にして、電気接続の信頼性を確保している。
特開２００７-６８２５７号公報（第３−６頁、図１−８）

ところで、エンジン作動時の振動が出力線に伝播すると、出力線の断面積拡大および重量増加に伴い、出力線の振動荷重も増加する。この振動荷重は、出力線に締結固定される整流装置の出力端子に伝わり、その結果、出力端子の近傍の正極側放熱フィンに作用する。一方、整流装置は、固定子巻線の３相交流を全波整流するためのブリッジ回路を形成するために、複数の正極側整流素子とこれらが取り付けられた正極側放熱フィンと、複数の負極側整流素子とこれらが取り付けられた負極側放熱フィンと、正極側整流素子および負極側整流素子のトップリード端子と固定子巻線とを接続するターミナルを一体樹脂モールドした端子台とを備えている。出力端子の近傍の正極側放熱フィンに作用する振動荷重により、この部分の近傍に配置されている正極側整流素子も振動するが、端子台のターミナルと正極側放熱フィンの振動位相が異なると、ターミナルと接続されているトップリード端子を介して正極側整流素子に荷重が繰り返し加えられ、正極側整流素子が破損したり、寿命が低下するおそれがある。

なお、出力線の断面積を増やさない方策として高電圧化が考えられるが、この場合、車両用交流発電機や各種電気負荷の内部でのリーク電流増加やアーク放電など、新たな問題が生じる。

出力端子のボルトのねじ径を大きくして出力線との締め付け固定をより強くすると、締め付け固定の時点で、出力端子の近傍の正極側放熱フィンに変形荷重が加わり（一般に、放熱フィンとしてプレス加工やダイカスト成型の可能なアルミニウムや銅などの軟質材を使用する場合が多く、変形し易い）、出力端子の近傍の正極側整流素子にとって、破損したり、応力が残ることにより寿命が低下するおそれがある。

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、出力端子の周囲に配置された整流素子の破損や寿命低下を防止することができる車両用交流発電機の整流装置を提供することにある。

上述した課題を解決するために、本発明の車両用交流発電機の整流装置は、複数の負極側整流素子が取り付けられた負極側放熱フィンと、複数の正極側整流素子が取り付けられた正極側放熱フィンと、負極側整流素子および正極側整流素子のそれぞれが接続されるターミナルを一体樹脂成型して形成された端子台とを備え、２組の三相全波整流ブリッジ回路が形成されており、出力端子は、正極側放熱フィンに取り付けられ、負極側整流素子および正極側整流素子のそれぞれは、ターミナルに向けて引き出されたリード部を介してターミナルと接続され、出力端子に最も近い正極側整流素子が接続されるターミナルを保持する端子台を、出力端子に２番目に近い正極側整流素子よりも出力端子に近い位置にて、正極側放熱フィンに固定している。

具体的には、上述した端子台には、一体形成された樹脂製の突起部が設けられ、正極側放熱フィンには、突起部に対応する位置に穴が設けられており、穴に突起部を圧入することにより、出力端子に最も近い正極側整流素子が接続されるターミナルを保持する端子台を正極側放熱フィンに固定することが望ましい。

出力端子に最も近い正極側整流素子のリード部に接続される端子台を正極側放熱フィンに固定することにより、端子台と正極側放熱フィンの相互に固定された部位の振動の位相を同じにすることができるため、振動が加わった際に正極側整流素子のリード部とこれに接続されるターミナルとの間に作用する繰り返し荷重を低減することができ、正極側整流素子の破損や寿命低下を防止することが可能となる。

また、上述した出力端子とこの出力端子に最も近い正極側整流素子とが包含される正極側放熱フィンの部分的な部位の肉厚を、それ以外の部位の肉厚よりも厚くすることが望ましい。出力端子とこの出力端子に最も近い正極側整流素子とを正極側放熱フィンの一部領域の厚みを厚くすることにより、出力端子近傍の正極側放熱フィンの変形の程度を低減することができ、正極側整流素子の破損や寿命低下を防止することが可能となる。

また、上述した正極側放熱フィンには、出力端子とこの出力端子に最も近い正極側整流素子との間であってこれらをつなぐ向きに延在する第１のリブと、出力端子とこの出力端子に最も近いフレーム固定部との間であってこれらをつなぐ向きに延在する第２のリブの少なくとも一方が形成されていることが望ましい。出力端子の周辺、特に出力端子に最も近い正極側整流素子あるいは出力端子に最も近いフレーム固定部に向かう向きにリブを形成することにより、出力端子近傍の正極側放熱フィンの変形の程度を低減することができ、正極側整流素子の破損や寿命低下を防止することが可能となる。

また、上述した３つの特徴（端子台を正極側放熱フィンに固定すること、正極側放熱フィンの部分的な部位の肉厚を厚くすること、正極側放熱フィンに第１および第２のリブの少なくとも一方を形成すること）を組み合わせることにより、出力端子近傍の正極側放熱フィンの変形の程度を低減するとともに、正極側整流素子のリード部とこれに接続されるターミナルとを一体化してこれらの間に作用する繰り返し荷重を低減することができ、正極側整流素子の破損や寿命低下を防止する効果をさらに上げることができる。

以下、本発明を適用した一実施形態の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。

〔第１の実施形態〕
図１は、本発明を適用した第１の実施形態の車両用交流発電機の断面図である。図１に示すように、本実施形態の車両用交流発電機１００は、エンジンからベルト（図示せず）およびプーリ１を介して回転駆動される回転子２と、固定子巻線４ａを有する固定子４と、回転子２および固定子４を一対の軸受け３ｃ、３ｄを介して支持するフロントフレーム３ａおよびリアフレーム３ｂと、固定子巻線４ａから出力される交流電圧を整流するブリッジ回路を形成する複数の整流素子（後述する）を含む整流装置５と、回転子２の界磁コイル２ａに界磁電流を供給するブラシを保持するブラシホルダ７と、出力電圧を制御するレギュレータ９と、車両との間で電気信号を入出力する端子を持つコネクタケース６と、整流装置５とレギュレータ９とブラシホルダ７などを覆ってリアフレーム３ｂの端面にかぶせられる樹脂製の保護カバー８等から構成されている。

図２は、整流装置５の平面図であり、整流装置５にブラシホルダ７やコネクタケース６等が組み付けられた状態が示されている。図２に示すように、整流装置５は、軸方向に２段に重ねられた正極側放熱フィン５０１および負極側放熱フィン５０３と、正極側放熱フィン５０１に取り付けられた複数の正極側整流素子５０２と、負極側放熱フィン５０３に取り付けられた複数の負極側整流素子５０４と、端子台５１３等からなる。

端子台５１３は、正極側放熱フィン５０１および負極側放熱フィン５０３のそれぞれを支持するとともにこれらの間を電気的に絶縁する樹脂製絶縁部材（例えばＰＰＳ樹脂）からなり、固定子４で発生する交流電圧を正極側整流素子５０２および負極側整流素子５０４に導くための電気導体であるターミナル５１４を一体樹脂成型により内蔵している。正極側整流素子５０２と負極側整流素子５０４は、それぞれのリード部５０２ａ、５０４ａが異極性の放熱フィンに向くように配置されている。例えば、正極側整流素子５０２は、正極側放熱フィン５０１の貫通した取付孔に打ち込み固定されており、負極側整流素子５０４は、負極側放熱フィン５０３の貫通した取付孔に打ち込み固定されている。正極側整流素子５０２および負極側整流素子５０４のそれぞれのリード部５０２ａ、５０４ａが端子台５１３のターミナル５１４に電気接続され、全波整流ブリッジ回路が形成されている。

本実施形態では、２組の三相全波整流ブリッジ回路を形成するよう、正極側放熱フィン５０１には６個の正極側整流素子５０２が、負極側放熱フィン５０３には６個の負極側整流素子５０４がそれぞれ配置されている。そして、正極側放熱フィン５０１の端部近傍に取り付けられた出力端子５０６から直流出力が取り出される。

図３は、車両用交流発電機１００の整流装置５を含む部分的な断面図である。図３に示すように、正極側放熱フィン５０１は筒状の絶縁部材５２０とパイプリベット５２２を用いて端子台５１３と一体化された状態でリアフレーム３ｂと保護カバー８との間に配置され、リアベアリングボックス３０の支持部材としてのボルト３１に、保護カバー８とともに締結固定されている。パイプリベット５２２の軸方向端面がフレーム固定部となる。

図４は、整流装置５の裏面図であり、リアフレーム３ｂ側から見た形状が示されている。図４に示すように、端子台５１３には負極側放熱フィン５０３の位置決め用に３箇所の突起部５３０が設けられており、負極側放熱フィン５０３に設けられた貫通部にこれら３箇所の突起部５３０を嵌合させた状態で端子台５１３と負極側放熱フィン５０３とが組み合わされる。また、負極側放熱フィン５０３は、複数箇所においてリアフレーム３ｂにビス等の締結手段を用いて直接固定されている。図４に示す例では、負極側放熱フィン５０３には４箇所の貫通穴５３２が設けられており、この貫通穴５３２にビスを通してリアフレーム３ｂに負極側放熱フィン５０３が固定される。

保護カバー８の正極側整流素子５０２近傍には、軸方向開口部８０１が設けられている。正極側放熱フィン５０１の外周端部および内周端部には、それぞれ保護カバー８側に折り曲げたリブ５０１ａ、５０１ｂが形成されている。これにより、外部から開口部８０１へ取り込まれた冷却風を発熱源である正極側整流素子５０２周辺に集中して流すとともに、正極側放熱フィン５０１の放熱面積の増加により、正極側整流素子５０２を効率よく冷却することができる。一方、負極側放熱フィン５０３の外径近傍には、径方向に放射状に伸びる複数のサブフィン５０３ａが設けられており、このサブフィン５０３ａを形成することで放熱面積を増加している。

ところで、本実施形態の車両用交流発電機１００に備わった整流装置５は、出力端子５０６に最も近い正極側整流素子５０２Ｂが接続されるターミナル５１４を保持する端子台５１３のフィン接触部５１３ａを正極側放熱フィン５０１に固定する点に特徴がある。

図５は、端子台５１３の平面図であり、整流装置５を構成した際に正極側放熱フィン５０１が配置される側から見た形状（図２に示す整流装置５と同じ側）が示されている。図５に示すように、端子台５１３は、正極側放熱フィン５０１が配置される側に向かって突出する突起部５４０を有する。図６は、突起部５４０の具体的な形状を示す斜視図である。この突起部５４０は、樹脂製の端子台５１３と一体形成されたものであり、図２に示すように、正極側放熱フィン５０１に設けられた貫通穴５５０に圧入される。この貫通穴５５０は、出力端子５０６に最も近い正極側整流素子５０２Ｂの近傍（出力端子５０６に２番目に近い正極側整流素子５０２よりも出力端子５０６に近い範囲）に形成されている。なお、図２に示す例では、正極側整流素子５０２Ｂを挟んで出力端子５０６と反対側に貫通穴５５０が形成されているが、スペースが確保できる場合には出力端子５０６と最も近い正極側整流素子５０２Ｂの間に貫通穴５５０を形成するようにしてもよい。また、貫通穴５５０と突起部５４０は、２箇所以上に形成するようにしてもよい。

突起部５４０を貫通穴５５０に圧入することにより、出力端子５０６に最も近い正極側整流素子５０２Ｂが接続されるターミナル５１４を保持する端子台５１３を正極側放熱フィン５０１に固定することができる。これにより、端子台５１３と正極側放熱フィン５０１の相互に固定された部位の振動の位相を同じにすることができるため、振動が加わった際に正極側整流素子５０２Ｂのリード部５０２ａとこれに接続されるターミナル５１４との間に作用する繰り返し荷重を低減することができ、正極側整流素子５０２Ｂの破損や寿命低下を防止することが可能となる。

なお、上述した実施形態では、突起部５４０を正極側放熱フィン５０１に設けられた貫通穴５５０に圧入することにより、端子台５１３と正極側放熱フィン５０１とを相互に固定したが、正極側放熱フィン５０１の貫通穴５５０をねじ穴に置き換えるとともに、このねじ穴に対応する端子台５１３の位置に貫通穴を設け、端子台５１３側からこの貫通穴を通してねじ締結するようにしてもよい。すなわち、正極側放熱フィン５０１と反対側から端子台５１３の貫通穴にねじを通し、正極側放熱フィン５０１に設けられたねじ穴に対してねじを締め付ける側に回すことにより、出力端子５０６に最も近い正極側整流素子５０２Ｂが接続されるターミナル５１４を保持する端子台５１３を正極側放熱フィン５０１に固定するようにしてもよい。

〔参考実施形態〕
ところで、上述した実施形態では、端子台５１３と正極側放熱フィン５０１を相互に固定することで正極側整流素子５０２Ｂの破損や寿命低下を防止したが、出力端子５０６近傍の正極側放熱フィン５０１の剛性を高めることにより同様の効果を得ることができる。

図７は、参考実施形態の車両用交流発電機に含まれる整流装置の部分的な断面図であり、出力端子５０６の近傍が示されている。車両用交流発電機および整流装置の全体構成は図１および図２等に示したものと基本的に同じであり、正極側放熱フィン５０１に形成された貫通穴５５０と端子台５１３に設けられた突起部５４０が削除されている。

図７に示すように、本実施形態の整流装置では、出力端子５０６とこの出力端子５０６に最も近い正極側整流素子５０２Ｂとこの正極側整流素子５０２Ｂに接合されるターミナル５１４を保持する端子台５１３のフィン接続部５１３ａとが包含される正極側放熱フィン５０１の部分的な部位（図７ではＣで示される範囲）の肉厚ｔａを、それ以外の部位の肉厚ｔｂよりも厚く（ｔａ＞ｔｂ）している。これにより、出力端子５０６近傍の正極側放熱フィン５０１の変形の程度やエンジン作動時の振動を低減することができ、正極側整流素子５０２Ｂの破損や寿命低下を防止することが可能となる。また、エンジン作動時に出力端子５０６がたとえ振動しても端子台５１３のフィン接続部５１３ａは肉厚の厚い正極側放熱フィン５０１に固定されているので、リード部５０２ａと接合されるターミナル５１４との振動の位相ずれをなくし、正極側整流素子５０２Ｂの破損や寿命低下を防止することができる。

図８は、参考実施形態の変形例を示す整流装置の部分的な平面図であり、出力端子５０６の近傍が示されている。車両用交流発電機および整流装置の全体構成は図１および図２等に示したものと基本的に同じであり、正極側放熱フィン５０１に形成された貫通穴５５０と端子台５１３に設けられた突起部５４０が削除されている。

図８に示すように、この変形例の整流装置では、正極側放熱フィン５０１には、出力端子５０６とこの出力端子５０６に最も近い正極側整流素子５０２Ｂとの間であってこれらをつなぐ向きに延在する第１のリブ５６０（例えば２箇所）と、出力端子５０６とこの出力端子５０６に最も近いフレーム固定部５７０との間であってこれらをつなぐ向きに延在する第２のリブ５６２（例えば２箇所）が形成されている。これにより、出力端子５０６近傍の正極側放熱フィン５０１の変形の程度を低減することができ、正極側整流素子５０２Ｂの破損や寿命低下を防止することが可能となる。なお、第１のリブ５６０と第２のリブ５６２のいずれか一方のみを設けるようにしてもよい。

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、上述した第１の実施形態と参考実施形態を組み合わせるようにしてもよい。すなわち、第１の実施形態において用いられた突起部５４０を貫通穴５５０に圧入する手法と、参考実施形態において用いられた出力端子５０６近傍の正極側放熱フィン５０１の肉厚を厚くする手法と、参考実施形態の変形例において用いられた出力端子５０６近傍の正極側放熱フィン５０１にリブを設ける手法を、全部あるいは２つを任意に組み合わせて用いるようにしてもよい。これにより、出力端子５０６近傍の正極側放熱フィン５０１の変形の程度を低減するとともに、正極側整流素子５０２Ｂのリード部５０２ａとこれに接続されるターミナル５１４とを一体化してこれらの間に作用する繰り返し荷重を低減することができ、正極側整流素子５０２Ｂの破損や寿命低下を防止する効果をさらに上げることができる。

また、上述した実施形態では、放熱フィンに設けられた貫通穴に整流素子を圧入するようにしたが、放熱フィンの表面に整流素子の対向面が半田付けされた整流装置についても本発明を適用することができる。また、出力端子５０６は、回転軸方向に配置されるものだけでなく、正極側放熱フィン５０１の端部から径方向に配置される整流装置についても本発明を適用することができる。

第１の実施形態の車両用交流発電機の断面図である。 整流装置の平面図である。 車両用交流発電機の整流装置を含む部分的な断面図である。 整流装置の裏面図である。 端子台の平面図である。 突起部の具体的な形状を示す斜視図である。 参考実施形態の車両用交流発電機に含まれる整流装置の部分的な断面図である。 参考実施形態の変形例を示す整流装置の部分的な平面図である。

符号の説明

１ プーリ
２ 回転子
２ａ 界磁コイル
３ａ フロントフレーム
３ｂ リアフレーム
４ 固定子
４ａ 固定子巻線
５ 整流装置
７ ブラシホルダ
８ 保護カバー
１００ 車両用交流発電機
５０１ 正極側放熱フィン
５０２、５０２Ｂ 正極側整流素子
５０２ａ、５０４ａ リード部
５０３ 負極側放熱フィン
５０４ 負極側整流素子
５０６ 出力端子
５１３ 端子台
５１４ ターミナル
５３０、５４０ 突起部
５５０ 貫通穴
５６０ 第１のリブ
５６２ 第２のリブ
５７０ フレーム固定部

Claims (4)

1. 複数の負極側整流素子が取り付けられた負極側放熱フィンと、複数の正極側整流素子が取り付けられた正極側放熱フィンと、前記負極側整流素子および前記正極側整流素子のそれぞれが接続されるターミナルを一体樹脂成型して形成された端子台とを備え、２組の三相全波整流ブリッジ回路が形成された車両用交流発電機の整流装置において、
   出力端子は、前記正極側放熱フィンに取り付けられ、
   前記負極側整流素子および前記正極側整流素子のそれぞれは、前記ターミナルに向けて引き出されたリード部を介して前記ターミナルと接続され、
   前記出力端子に最も近い前記正極側整流素子が接続される前記ターミナルを保持する前記端子台を、前記出力端子に２番目に近い前記正極側整流素子よりも前記出力端子に近い位置にて、前記正極側放熱フィンに固定することを特徴とする車両用交流発電機の整流装置。
2. 請求項１において、
   前記端子台には、一体形成された樹脂製の突起部が設けられ、
   前記正極側放熱フィンには、前記突起部に対応する位置に穴が設けられており、
   前記穴に前記突起部を圧入することにより、前記出力端子に最も近い前記正極側整流素子が接続される前記ターミナルを保持する前記端子台を前記正極側放熱フィンに固定することを特徴とする車両用交流発電機の整流装置。
3. 請求項１または２において、
   前記出力端子とこの出力端子に最も近い前記正極側整流素子とが包含される前記正極側放熱フィンの部分的な部位の肉厚を、それ以外の部位の肉厚よりも厚くすることを特徴とする車両用交流発電機の整流装置。
4. 請求項１〜３のいずれかにおいて、
   前記正極側放熱フィンには、前記出力端子とこの出力端子に最も近い前記正極側整流素子との間であってこれらをつなぐ向きに延在する第１のリブと、前記出力端子とこの出力端子に最も近いフレーム固定部との間であってこれらをつなぐ向きに延在する第２のリブの少なくとも一方が形成されていることを特徴とする車両用交流発電機の整流装置。

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