JP4710800B2 - 車両用交流発電機 - 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に関する。

従来から、車両用交流発電機のリアカバーを通過した冷却風が、整流装置の放熱フィンに設けられたエンボス部を冷却後にエンボス周辺の貫通孔を通過することにより、整流素子を冷却する構造が知られている（例えば、特許文献１参照。）。このような構造により、貫通孔を通った冷却風により整流素子が直接冷却される。また、多くの整流素子を配置し冷却性を向上するために馬蹄状に放熱フィンを拡大した構造も知られている（例えば、特許文献２参照。）。
特開平１０−５６７６０号公報（第３−５頁、図１−９） 特開２００４−１４７４８６号公報（第６−１４頁、図１−１５）

ところで、特許文献１に開示された構造では、放熱フィンのエンボス部を通過した冷却風は、エンボス部周辺の貫通孔を通過する成分と、放熱フィン表面を流れる成分に分かれるため、リアカバーを通過した冷却風を効率的に整流素子周辺に導くことができず、冷却性が低下するという問題があった。また、特許文献１には、放熱フィンの一部を折り曲げたり、衝立を追加する構造も開示されているが、冷却風の一部を貫通孔に通し、残りを放熱フィン表面に通す点については同じであり、効率的に整流素子を冷却することはできない。一方、近年の車両用電気負荷の増大に対応する車両用交流発電機の高出力化に伴う温度上昇に対して整流装置のさらなる温度低減が必要になっており、効率的に冷却風を利用する手法が望まれている。

また、特許文献２に開示されているように、冷却性向上のため放熱フィンを馬蹄状に拡大したものは、平面精度を確保しにくく、放熱フィンの平面精度が確保されない状態で整流装置の接続ターミナル部と固定子のリード線や各整流素子のリード線が接続されて整流回路が形成されると、整流素子のリードに過大な負荷がかかる可能性がある。それにより整流素子の寿命を低下するおそれがあった。

また、整流素子と放熱フィンの電気接続の信頼性向上のため、特許文献２に示してあるように、放熱フィンに整流素子を機械的に圧入する構造がある。このとき、圧入接合を安定させるべく、所定の圧入しろを確保するために、放熱フィン上に整流素子の圧入用の穴あけ加工を行うことが一般的である。冷却向上のために放熱フィンを馬蹄状に面積拡大すると、剛性は低下するので、前述の穴あけ加工を実施すると、加工時の振動などにより、穴の寸法精度が確保できない可能性がある。これにより、圧入した整流素子に局部的な機械的ストレスが発生し、整流素子の寿命が低下するという不具合も考えられる。

さらに、整流装置を組み付けるまでの途中工程や搬送時に、落下等により整流素子に直接、衝撃が加わることによる故障が生じるおそれもあった。

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、整流装置の冷却性を向上させるとともに、整流素子への機械的ストレスを低減して整流素子の信頼性を向上させることができる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、本発明の車両用交流発電機は、回転子と連動して回転する冷却ファンと、固定子巻線を有する固定子と、固定子巻線で発生する交流の起電力を直流に整流する整流装置と、整流装置を覆うリアカバーとを備えており、整流装置は、複数の整流素子と、これら複数の整流素子が取り付けられた放熱フィンと、放熱フィンと一体形成されて複数の整流素子のそれぞれの周囲を囲むようにリアカバー側に突出したサブフィンとを有し、放熱フィンには、サブフィンによって区画された内部空間から放熱フィンの裏側に通じる貫通孔が形成され、リアカバーには、サブフィンに対応する位置に冷却風の吸入孔が形成されている。これにより、リアカバーの吸入孔から吸入された冷却風をサブフィンの内部空間を通して整流素子近傍に導くことができるため、効率的に整流素子を冷却することができ、整流装置の冷却性を向上させることが可能となる。また、整流素子の周囲を囲むようにサブフィンを設けることにより、整流素子の取付孔周辺の強度を増すことができるため、この取付孔の真円度を向上させることができ、整流素子に対する局部的な機械的ストレスの発生を抑えることができる。さらに、整流装置を組み付けるまでの途中工程や搬送時に整流素子の平面部が直接衝撃を受けることを防止することができる。以上により、整流素子への機械的ストレスを低減して整流素子の信頼性を向上させることができる。

また、上述した整流素子は、サブフィンによって区画された内部空間に露出する円形の平面部を有しており、サブフィンは、平面部が底面の中心に配置された円筒形状を有している。これにより、整流素子のリアカバー側をほぼ均一に冷却することができる。

また、上述したサブフィンには、内部空間側に突出する凸部が形成されていることが望ましい。これにより、サブフィンの放熱性を高めることができ、整流装置の冷却性をさらに向上させることができる。

また、上述したサブフィンに対応する位置に形成された吸入孔は、サブフィンのリアカバー側の端部の内周形状と同じあるいはこれより小さい形状を有することが望ましい。これにより、サブフィンに対応する吸入孔から取り込まれた冷却風の全部をこのサブフィンの内部空間に効率よく導くことができる。

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、図面に基づいて詳細に説明する。図１は、一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１は、エンジンからベルト（図示せず）およびプーリ１０を介して回転駆動される回転子２と、固定子巻線４１を有する固定子４と、回転子２と固定子４とを一対の軸受け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４１で発生する交流の起電力を直流に整流する整流装置５と、回転子２の界磁コイル２２に界磁電流を供給するブラシを保持するブラシ装置７と、出力電圧を制御するレギュレータ８と、整流装置５やブラシ装置７やレギュレータ８等を覆うようにリアフレーム３ｂの端面に取り付けられるリアカバー９を含んで構成されている。回転子２は、回転子磁極２４の軸方向端面に、外部からリアカバー９を通して冷却風を吸入する冷却風発生装置としての冷却ファン２６を備えている。冷却ファン２６は、回転子２と連動して回転する。

次に、整流装置５の詳細について説明する。図２は、整流装置５の正面図である。本実施形態の整流装置５は、端子台５１を挟んで軸方向に離間して対向配置された正極側放熱フィン５７と負極側放熱フィン５８を備えている。正極側放熱フィン５７には、６個の正極側整流素子５３がリードをフレーム側に向けて貫通孔である取付孔に圧入固定されており、それぞれのリードが端子台５１から突出した接続ターミナル５２にＴＩＧ溶接により接合されている。また、負極側放熱フィン５８には、６個の負極側整流素子５５がリード５５ａをリア側に向けて貫通孔である取付孔に圧入固定されており、それぞれのリード５５ａが端子台５１から突出した接続ターミナル５２にＴＩＧ溶接により接合されている。

上述した正極側放熱フィン５７は、６個の正極側整流素子５３のそれぞれに対応して、６個の筒状サブフィン５００を有している。図３は、１つの筒状サブフィン５００の拡大平面図である。図４は、図３のＯ−ＩＶ線断面図である。この図４には筒状サブフィン５００とリアカバー９との位置関係も示されている。また、図５は図３のＯ−Ｖ線断面図である。図６は、筒状サブフィン５００の斜視図である。

筒状サブフィン５００は、正極側放熱フィン５７と一体形成され、正極側整流素子５３を圧入するために設けられた取付孔５２０を囲むようにリアカバー９側に突出して形成されている。筒状サブフィン５００の内周側（筒状サブフィン５００によって区画された内部空間）には正極側整流素子５３の反リード側の平面部５３ａが露出しており、筒状サブフィン５００は、この平面部５３ａが底面の中心に配置された円筒形状を有している。また、この筒状サブフィン５００は、取付孔５２０が設けられた正極側放熱フィン５７の表面近傍において外径を拡大させることにより、これらの境界においてそれぞれの表面がなめらかに接続されるようになっており、この境界部分において正極側放熱フィン５７の板厚方向および筒状サブフィン５００の径方向に貫通する複数の貫通孔５０２が設けられている。この貫通孔５０２は、例えば９０°間隔で４箇所に形成されており、筒状サブフィン５００の外周に沿ってリアカバー９側から正極側放熱フィン５７の表面に流れる冷却風の一部を正極側放熱フィン５７の裏側に導いたり、筒状サブフィン５００の内周側に導入された冷却風を外周側および正極側放熱フィン５７の裏側に導いたりするために用いられる。

図４に示すように、リアカバー９は、筒状サブフィン５００の先端部との間に所定の隙間を介した状態で組み付けられる。このリアカバー９には、外部から内部（整流装置５側）に冷却風を取り込むための複数の吸入孔９１が設けられている。これらの吸入孔９１の少なくとも一部は、筒状サブフィン５００に対応する位置（筒状サブフィン５００によって区画された内部空間に対向する位置）に設けられている。したがって、筒状サブフィン５００の内側領域に対向する吸入孔９１を通してリアカバー９の外部から内部に冷却風Ｗが吸入されると、この冷却風Ｗは筒状サブフィン５００の内周壁に沿って正極側整流素子５３の平面部５３ａに導かれて正極側整流素子５３を冷却する。この冷却風Ｗは、さらに貫通孔５０２を通過する際に正極側放熱フィン５７を冷却して裏側に導かれる。

このように、本実施形態の車両用交流発電機１では、リアカバー９の吸入孔９１から吸入された冷却風を筒状サブフィン５００の内部空間を通して正極側整流素子５３近傍に導くことができるため、効率的に正極側整流素子５３を冷却することができ、整流装置５の冷却性を向上させることが可能となる。

また、正極側整流素子５３は、筒状サブフィン５００によって区画された内部空間に露出する円形の平面部５３ａを有しており、筒状サブフィン５００は、この平面部５３ａが底面の中心に配置された円筒形状を有しているため、正極側整流素子５３のリアカバー９側をほぼ均一に冷却することができる。

図７は、変形例の筒状サブフィンの拡大平面図である。図８は、図７のＯ−ＶＩＩＩ線断面図である。図９は図８のＯ−ＩＸ線断面図である。図１０は、変形例の筒状サブフィンの斜視図である。これらの図に示す変形例の筒状サブフィン５００Ａは、図３等に示した筒状サブフィン５００に対して、貫通孔５０２をそのまま延長することで筒状壁が分割されて４つの分割壁部５１０が形成されている点と、各分割壁部５１０の内周側（筒状サブフィン５００Ａによって区画された内部空間側）に筒状壁の中心軸と平行な向き（正極側放熱フィン５７の表面に対して垂直な向き）に凸部５１２が設けられている点が異なっている。なお、図７等に示す例では３つの分割壁部５１０のみに凸部５１２が形成されているが、全ての分割壁部５１０に凸部５１２を設けたり、各分割壁部５１０に複数の凸部５１２や凹部を設けたりしてもよい。

この変形例の筒状サブフィン５００Ａのように、筒状壁を完全に円筒形状としなくても、筒状壁の内側領域に対向する吸入孔９１を通してリアカバー９の外部から内部に冷却風Ｗが吸入されたときに、この冷却風Ｗを筒状壁に沿ってほぼ正極側整流素子５３の平面部５３ａまで導くことができ、整流素子５３を効率よく冷却することができる。また、各分割壁部５１０の内周側の表面積を拡大することができ、冷却性をさらに高めることができる。また、筒状サブフィン５００Ａには内部空間側に突出する凸部５１２が形成されているため、筒状サブフィン５００Ａの放熱性を高めることができ、整流装置５の冷却性をさらに向上させることができる。

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。上述した実施形態では、筒状サブフィン５００、５００Ａを円筒形状に形成したが、吸入孔９１を通してリアカバー９内に吸入された冷却風の一部を積極的に正極側放熱フィン５２の平面部近傍に導くことができればよいため、円筒形状を多角形形状（図１０に示したように貫通孔で壁部が分割されている場合も含む）に形成するようにしてもよい。また、リアカバー９側からも筒状サブフィン５００、５００Ａの内径側あるいは外径側に向けて延在する筒状壁を設け、リアカバー９の吸入孔９１から吸入された冷却風を確実に正極側整流素子５３の平面部５３ａに導くようにしてもよい。

また、図１１に示すように、リアカバー９の吸入孔９１の形状を筒状サブフィン５００（５００Ａでもよい）の形状に合わせて、筒状壁の内径と同じあるいは小さくなるように形成し、６個の筒状サブリン５００のそれぞれに対応する各吸入孔９１を通して吸入された冷却風を正極側整流素子５３の平面部５３ａに導くようにしてもよい。筒状サブフィン５００に対応する位置に、この筒状サブフィン５００のリアカバー９側の端部の内周形状と同じあるいはこれより小さい形状を有する吸入孔９１を設けることにより、筒状サブフィン５００に対応する吸入孔９１から取り込まれた冷却風の全部をこの筒状サブフィン５００の内部空間に効率よく導くことができる。

また、上述した実施形態では、リアカバー９に近い側に整流装置５の正極側放熱フィン５７を配置したが、リアカバー９に近い側に負極側放熱フィン５８が配置される場合にはこの負極側放熱フィン５８に筒状サブフィン５００、５００Ａを形成すればよい。

なお、筒状サブフィン５００は、冷却性向上の為に馬蹄状に拡大した正極側放熱フィン５７の剛性を向上することができるので、フィン単体での平面精度を向上させる効果がある。また、正極側整流素子５３の取付孔５２０周辺の円環強度が向上するため、正極側整流素子５３の取付孔５２０の真円度が向上し、局部的なストレス発生を抑えることができる。さらに、整流装置５を組み付けるまでの途中工程や搬送時に正極側整流素子５３の平面部が直接衝撃を受けることを防止することができる。以上により、正極側整流素子５３への機械的ストレスを低減して正極側整流素子５３の信頼性を向上させることができる。

一実施形態の車両用交流発電機の断面図である。 整流装置の正面図である。 筒状サブフィンの拡大平面図である。 図３のＯ−ＩＶ線断面図である。 図３のＯ−Ｖ線断面図である。 筒状サブフィンの斜視図である。 変形例の筒状サブフィンの拡大平面図である。 図７のＯ−ＶＩＩＩ線断面図である。 図８のＯ−ＩＸ線断面図である。 変形例の筒状サブフィンの斜視図である。 筒状サブフィンの周辺構造の変形例を示す図である。

符号の説明

１ 車両用交流発電機
２ 回転子
３ａ フロントフレーム
３ｂ リアフレーム
４ 固定子
５ 整流装置
７ ブラシ装置
８ レギュレータ
９ リアカバー
１０ プーリ
２６ 冷却ファン
５１ 端子台
５２ 接続ターミナル
５３ 正極側整流素子
５５ 負極側整流素子
５７ 正極側放熱フィン
５８ 負極側放熱フィン
９１ 吸入孔
５００ 筒状サブフィン
５０２ 貫通孔
５１０ 分割壁部
５１２ 凸部
５２０ 取付孔

Claims (3)

1. 回転子と連動して回転する冷却ファンと、固定子巻線を有する固定子と、前記固定子巻線で発生する交流の起電力を直流に整流する整流装置と、前記整流装置を覆うリアカバーとを備える車両用交流発電機において、
   前記整流装置は、複数の整流素子と、これら複数の整流素子が取り付けられた放熱フィンと、前記放熱フィンと一体形成されて前記複数の整流素子のそれぞれの周囲を囲むように前記リアカバー側に突出したサブフィンとを有し、
   前記放熱フィンには、前記サブフィンによって区画された内部空間から前記放熱フィンの裏側に通じる貫通孔が形成され、
   前記リアカバーには、前記サブフィンに対応する位置に冷却風の吸入孔が形成され、
   前記整流素子は、前記サブフィンによって区画された内部空間に露出する円形の平面部を有しており、
   前記サブフィンは、前記平面部が底面の中心に配置された円筒形状を有することを特徴とする車両用交流発電機。
2. 請求項１において、
   前記サブフィンには、前記内部空間側に突出する凸部が形成されていることを特徴とする車両用交流発電機。
3. 請求項１または２において、
   前記サブフィンに対応する位置に形成された前記吸入孔は、前記サブフィンの前記リアカバー側の端部の内周形状と同じあるいはこれより小さい形状を有することを特徴とする車両用交流発電機。

Images