JP6056555B2

JP6056555B2 - 車両用交流発電機の整流装置

Info

Publication number: JP6056555B2
Application number: JP2013043205A
Authority: JP
Inventors: 賢一江川
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2013-03-05
Filing date: 2013-03-05
Publication date: 2017-01-11
Anticipated expiration: 2033-03-05
Also published as: JP2014171367A

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、整流素子のディスク部の外周面の形状を、打ち込み開始側の外径が反打ち込み側の外径よりも小さいテーパ形状としたり、ディスク部の外周面をテーパ形状とする代わりに放熱フィンの取付孔の内周面をテーパ形状にした整流装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。これにより、ディスク部の打ち込み開始時にかじり等によって放熱フィンの取付孔内周面の圧入開始側で傷が発生して進行することを防止あるいは低減することができる。また、ディスク部と放熱フィンの接触面積が減少して放熱性が低下したり、整流素子の熱疲労寿命が低下することを防止することができる。

特開２００９−７７６１７号公報

ところで、特許文献１に開示された整流装置はフレームとは別に設けられているが、コストダウンのためにフレームを放熱フィンとして用いる場合には整流素子の取付孔も無切削で対応する必要がある。例えば、アルミダイカストによってフレームとともに取付孔を形成した場合を考えると、製造コストの低減の観点からはこの取付孔に追加の切削加工を行うことは望ましくない。

しかし、無切削の取付孔は、切削に比べて内径寸法のばらつきが大きくなるため、これに伴って取付孔の内周面と整流素子のディスク部の外周面との間の締め代のばらつきも大きくなる。特に、取付孔の内径寸法が小さい方向にばらつくと、整流素子の圧入荷重が過大になり、圧入時にかじり等が発生する。このため、整流素子へ局所的な応力が加わり、半導体チップの破損や剥離等の故障が発生するおそれがあった。

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、整流素子の圧入時に発生するかじり等に伴う半導体チップの破損や剥離等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、本発明の車両用回転電機の整流装置は、放熱フィンと整流素子を有する。放熱フィンは、開口端部に第１の面取りが形成された取付孔を有し、車両用交流発電機のフレームを用いて形成されている。整流素子は、第１の面取りが形成された開口端部から取付孔に圧入されており、開口端部側に第２の面取りが形成されている。

圧入開始時に、フレームに設けられた取付孔の面取り部分に整流素子の面取り部分を当接させることにより、圧入開始時に取付孔の開口端部近傍においてかじり等によって傷が発生して進行することを防止あるいは低減することができる。これにより、半導体素子の半導体チップの破損や剥離等を防止することができる。

一実施形態の車両用交流発電機の構造を示す断面図である。負極側整流素子の断面図である。フレームに形成された取付孔と負極側整流素子との対応関係を示す図である。面取り角と整流素子の圧入荷重との関係を示す図である。

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。図１に示す車両用交流発電機１は、固定子２、回転子３、ブラシ装置４、整流装置５、フレーム６、リヤカバー７、プーリ８等を含んで構成されている。

固定子２は、固定子鉄心２１と、この固定子鉄心２１に形成された複数個のスロットに所定の間隔で巻き回された三相の固定子巻線２３とを備えている。回転子３は、絶縁処理された銅線を円筒状かつ同心状に巻き回した界磁巻線３１を、それぞれが複数の磁極爪部を有するポールコア３２によって、回転軸３３を通して両側から挟み込んだ構造を有している。また、フロント側のポールコア３２の端面には、冷却ファン３４が溶接等によって取り付けられている。同様に、リヤ側のポールコア３２の端面には、冷却ファン３５が溶接等によって取り付けられている。

ブラシ装置４は、整流装置５から回転子３の界磁巻線３１に励磁電流を流すためのものであり、回転子３の回転軸３３に形成されたスリップリング３６、３７のそれぞれに押圧するブラシ４１、４２を有する。

整流装置５は、三相の固定子巻線２３の出力電圧である三相交流電圧を整流して直流の出力電力を得るためのものであり、配線用電極を内部に含む端子台５１と、所定の間隔で配置された正極側放熱フィン５２および負極側放熱フィン５３と、それぞれの放熱フィンに設けられた取付孔に圧入することにより取り付けられた複数個の半導体装置としての整流素子５４、５５とを含んで構成されている。負極側整流素子５５の圧入構造については後述する。

フレーム６は、固定子２および回転子３を収容しており、回転子３が回転軸３３を中心に回転可能な状態で支持されているとともに、回転子３のポールコア３２の外周側に所定の隙間を介して配置された固定子２が固定されている。また、フレーム６は、固定子鉄心２１の軸方向端面から突出した固定子巻線２３に対向した部分に冷却風の吐出窓６１が、軸方向端面に冷却風の吸入窓６２がそれぞれ設けられている。リヤカバー７は、リヤ側のフレーム６の外側に取り付けられるブラシ装置４、整流装置５およびＩＣレギュレータ１２の全体を覆って、これらを保護するためのものである。

上述した構造を有する車両用交流発電機１は、ベルト等を介してプーリ８にエンジン（図示せず）からの回転力が伝えられると回転子３が所定方向に回転する。この状態で回転子３の界磁巻線３１に外部から励磁電圧を印加することにより、ポールコア３２のそれぞれの爪部が励磁され、固定子巻線２３に三相交流電圧を発生させることができ、整流装置５の出力端子からは直流の出力電力が取り出される。

次に、整流装置５の負極側放熱フィン５３とこれに取り付けられる負極側整流素子５５について説明する。図２に示すように、負極側整流素子５５は、ディスク部５００、半導体チップ５１０、リード５２０を含んで構成されている。ディスク部５００は、一方の端面に凹部５０４が形成された円筒形状を有している。この凹部５０４の内側底面が半導体チップ５１０を半田付けする接合面５０６となる。凹部５０４の底面側（図２に示す例ではディスク部５００の下面側）が打ち込み時の圧入面になっており、この圧入面の全体が均一に加圧される。

負極側整流素子５５は、ディスク部５００の接合面５０６上に半導体チップ５１０が半田５１２によって半田付けされ、さらに半導体チップ５１０の上部にリード５２０が半田５１４によって半田付けされている。また、半導体チップ５１０の全体を覆うように熱硬化性樹脂からなる保護層５２２が形成され、半導体チップ５１０の全体がこの保護層５２２によって封止されている。

ところで、ディスク部５００は円筒状の外周面５０２を有している。ディスク部５００は、銅やアルミニウムなどによって形成されており、外周面５０２がローレット形状、具体的には、負極側整流素子５５の打ち込み方向と平行な向きに外周面５０２に複数の凸部が形成されている。

一方、負極側放熱フィン５３は、単独の部品を用いて構成するのではなく、フレーム６の一部を用いて構成されている。フレーム６は、アルミ材料を用いたダイカスト成形により形成されており、その一部である軸方向端面６Ａが負極側放熱フィン５３として用いられる。この負極側放熱フィン５３（軸方向端面６Ａ）には、負極側整流素子５５を圧入する取付孔６０が形成されている。この取付孔６０は、内周面６０Ｂが鋳肌面となっており、ダイカスト成形によって形成された内周面６０Ｂに対して追加の加工は行われていない。

また、この取付孔６０には、開口端部に面取り（第１の面取り）６０Ａが形成されている。この面取り６０Ａが形成された開口端部から負極側整流素子５５が圧入される。図３では、矢印Ａで負極側整流素子５５を取付孔６０に圧入する方向が示されている。

また、負極側整流素子５５には、圧入先端側（取付孔６０の開口端部側）に面取り（第２の面取り）５５Ａが形成されている。この面取り５５Ａは、ディスク部５００の外周面５０２であって底面と反対側の端部に形成されている。

本実施形態では、フレーム６の軸方向端面６Ａに設けられた取付孔６０と、この取付孔６０に圧入される負極側整流素子５５の各種寸法等の関係は以下のように設定されている。
（１）取付孔６０に設けられた面取り６０Ａの角度ａは、０°よりも大きく、負極側整流素子５５に設けられた面取り５５Ａの角度ｂよりも小さい。
（２）取付孔６０の面取り６０Ａの始まり径ｃは、負極側整流素子５５の面取り５５Ａの始まり径ｄよりも大きい。
（３）取付孔６０の内周面６０Ｂの表面硬度ｅは、負極側整流素子５５のディスク部５００の外周面５０２の表面硬度ｆよりも硬い。
（４）取付孔６０の内径ｇと負極側整流素子５５の外径ｈとの比（ｇ：ｈ）は、１：１．０１〜１．０２である。

図４において、横軸は取付孔６０の面取り６０Ａの角度ａを、縦軸は圧入荷重をそれぞれ示している。図４に示す関係は、負極側整流素子５５の面取り５５Ａの角度ｂとして３種類の値ｗ、ｙ、ｚ（ｗ＜ｙ＜ｚ）を設定し、これら３種類の角度ｂについて、取付孔６０の面取り６０Ａの角度ａを変化させた場合の負極側整流素子５５の圧入荷重を調べたものである。

図４から明らかなように、負極側整流素子５５の面取り５５Ａの角度ｂをｗとすると、取付孔６０の面取り６０Ａの角度ａをｗよりも小さくすることにより、大きくする場合に比べて確実に圧入荷重を下げることができる。同様に、負極側整流素子５５の面取り５５Ａの角度ｂをｙとすると、取付孔６０の面取り６０Ａの角度ａをｙよりも小さくすることにより、大きくする場合に比べて確実に圧入荷重を下げることができる。負極側整流素子５５の面取り５５Ａの角度ｂをｚとすると、取付孔６０の面取り６０Ａの角度ａをｚよりも小さくすることにより、大きくする場合に比べて確実に圧入荷重を下げることができる。上述した（１）の関係は、これらの結果に基づいている。なお、「０°よりも大きく」は面取り６０Ａの形状に起因する下限値である。

このように、本実施形態の車両用交流発電機１では、フレーム６の軸方向端面６Ａにより構成された負極側放熱フィン５３の取付孔６０に面取り６０Ａが、この取付孔６０に圧入される負極側整流素子５５に面取り５５Ａがそれぞれ形成されている。負極側整流素子５５の圧入開始時に、フレーム６に設けられた取付孔６０の面取り部分に負極側整流素子５５の面取り部分を当接させることにより、圧入開始時に取付孔６０の開口端部近傍においてかじり等によって傷が発生して進行することを防止あるいは低減することができる。これにより、半導体チップ５１０の破損や剥離等を防止することができる。

また、取付孔６０の面取り６０Ａの角度ａを、０°よりも大きく、負極側整流素子５５の面取り５５Ａの角度ｂよりも小さく設定している。あるいは、取付孔６０の面取り６０Ａの始まり径ｃを、負極側整流素子５５の面取り５５Ａの始まり径ｄよりも大きく設定している。このような寸法関係とすることにより、負極側整流素子５５の面取り部分にて取付孔６０の面取り部分を徐々に押圧して押し広げることが可能となり、かじり等の発生を防止することができる。

また、取付孔６０が形成されたフレーム６を、量産性に優れたアルミ材（アルミニウムあるいはアルミニウム合金など）を用いたダイカスト成形により形成することにより、コスト低減が可能となる。

また、負極側整流素子５５の外周面５０２をローレット形状とすることにより、圧入開始時における取付孔６０の開口端部において発生する過大な押圧荷重を緩和することができ、かじり等の発生を防止することができる。

また、負極側整流素子５５の半導体チップ５１０を熱硬化性樹脂を用いた保護層５２２によって封止しており、半導体チップ５１０を確実に封止して半導体チップ５１０の破損や剥離等を確実に防止することができる。

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。例えば、上述した実施形態では、フレーム６に設けられた取付孔６０の内周面６０Ｂが鋳肌面になっている場合について説明したが、寸法精度を上げるために内周面６０Ｂに切削加工を追加する場合にも本発明を適用することができる。内周面６０Ｂの表面を薄く切削した場合には、この内周面６０Ｂの硬度は、負極側整流素子５５の外周面５０２の硬度よりも硬い状態が維持される場合が多い。この場合であっても、取付孔６０と負極側整流素子５５のそれぞれに面取りを設けることにより、圧入開始時に取付孔６０の開口端部近傍においてかじり等によって傷が発生して進行することを防止あるいは低減することができる。

また、上述した実施形態では、負極側整流素子５５と負極側放熱フィン５３との関係について説明したが、正極側整流素子５４についても本発明と類似の構造を採用することができる。例えば、正極側放熱フィン５２をアルミ材料を用いたダイカスト成型によって形成するとともに、正極側放熱フィン５２に設けられた取付孔と正極側整流素子５４のそれぞれに面取り６０Ａ、５５Ａと同様の面取りを形成するようにしてもよい。あるいは、フレーム６の一部を分離して他の部分と絶縁することができる場合には、この分離した一部のフレームを用いて正極側放熱フィン５２を形成するようにしてもよい。

上述したように、本発明によれば、圧入開始時に、フレームに設けられた取付孔の面取り部分に整流素子の面取り部分を当接させることにより、圧入開始時に取付孔の開口端部近傍においてかじり等によって傷が発生して進行することを防止あるいは低減することができる。

１車両用交流発電機
６フレーム
５３負極側放熱フィン
５５負極側整流素子
５５Ａ、６０Ａ面取り
６０取付孔
６０Ｂ内周面
５００ディスク部
５０２外周面
５０４凹部
５１０半導体チップ

Claims

開口端部に第１の面取り（６０Ａ）が形成された取付孔（６０）を有し、車両用交流発電機（１）のフレーム（６）を用いて形成された放熱フィン（５３）と、
前記第１の面取りが形成された前記開口端部から前記取付孔に圧入された整流素子（５５）であって、前記開口端部側に第２の面取り（５５Ａ）が形成された前記整流素子と、
を備え、前記第１の面取りの角度ａは、０°よりも大きく、前記第２の面取りの角度ｂよりも小さいことを特徴とする車両用交流発電機の整流装置。
請求項１において、
前記整流素子は、
半導体チップ（５１０）と、
前記半導体チップが底面に半田付けされている凹部（５０４）を有し、円筒状の外周面（５０２）を有するディスク部（５００）と、
を備え、前記ディスク部の外周面であって前記底面と反対側の端部に前記第２の面取り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。
請求項１または２において、
前記第１の面取りの始まり径ｃは、前記第２の面取りの始まり径ｄよりも大きいことを特徴とする車両用交流発電機の整流装置。
請求項１〜３のいずれかにおいて、
前記フレームは、アルミ材を用いたダイカスト成形品であることを特徴とする車両用交流発電機の整流装置。
請求項１〜４のいずれかにおいて、
前記取付孔は、切削された内周面（６０Ｂ）を有し、
前記内周面の硬度は、前記整流素子の外周面の硬度よりも硬いことを特徴とする車両用交流発電機の整流装置。
請求項１〜５のいすれかにおいて、
前記整流素子の外周面は、ローレット形状を有することを特徴とする車両用交流発電機の整流装置。
請求項２において、
前記半導体チップは、熱硬化性樹脂によって封止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。