JP3975974B2

JP3975974B2 - 車両用交流発電機

Info

Publication number: JP3975974B2
Application number: JP2003172818A
Authority: JP
Inventors: 聖慈近藤; 等和田; 伊藤　　元紀
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2003-06-18
Filing date: 2003-06-18
Publication date: 2007-09-12
Anticipated expiration: 2023-06-18
Also published as: JP2005012886A; US7339296B2; US20040256928A1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車やトラックに搭載される車両用交流発電機等の車両用交流発電機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の車両用交流発電機に内蔵された電圧制御装置は、制御回路用ＩＣチップやトランジスタ等が配設される回路基板と、この回路基板に高熱伝導接着剤で接着される放熱フィンと、雄型コネクタとを備えており、これらが一体形成されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
また、放熱フィンの形状は、使用環境や冷却風の流れ方などによって様々のものが考えられるが、複数のリブ状突起を回転子の回転軸に対して遠心方向に平行に立設させたものが一般的によく知られている（例えば、特許文献１、２参照。）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平８−８５４０２号公報（第４−６頁、１−１０図）
【特許文献２】
特開２０００−２５３６２５号公報（第３−６頁、１−１３図）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、特許文献１、２に開示された従来の車両用交流発電機の電圧制御装置では、複数のリブ状突起を遠心方向に平行に立設させた冷却フィン構造を有しているため、冷却フィン近傍に吸入された冷却風が複数のリブ状突起の形成方向、すなわち回転子の回転軸中心に向かって流れる冷却風通路が形成される。一般的な車両用交流発電機では、電圧制御装置よりも内径側には、回転子の界磁巻線に励磁電流を流すブラシを有するブラシ装置が配置されているため、冷却風通路を通ることにより冷却フィンを冷却して比較的高温になった冷却風がブラシ装置に到達することになる。このため、ブラシ温度が上がってしまうという問題があった。ブラシ温度が上昇すると、ブラシ摩耗促進等の不具合発生の原因になるため好ましくない。また、冷却風とともにダスト等の異物が混入する場合には、異物がブラシ装置周辺に集まってしまい、やはりブラシ摩耗促進等の不具合発生の原因になるおそれがある。
【０００６】
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、ブラシ温度を低減す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。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
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、回転子の周囲に設けられて回転子と協働して発電する固定子と、回転子の回転中心に設けられて回転子に励磁電流を供給するブラシを保持するブラシ装置と、出力電圧を調整する制御回路とこの制御回路で発生した熱を放熱する冷却フィンとを有するとともにブラシ装置の径方向外側に配置される電圧制御装置とを備えており、冷却フィンは、回転子の回転軸を中心とした周方向に沿って複数のリブ状突起が形成されている。これにより、電圧制御装置の冷却フィンを冷却した冷却風を複数のリブ状突起に沿って周方向に導いて、冷却フィンの冷却に伴って比較的高温になった冷却風が電圧制御装置よりも内径側に配置されたブラシ装置に向かって直接流れることを防止することができるため、ブラシ温度を低減することが可能になる。このため、ブラシ温度上昇に伴うブラシ摩耗促進等の不具合発生を回避することができる。また、ブラシ装置に直接向かう冷却風を減らすことができることから、ブラシ装置周辺に冷却風とともに集まるダスト等の異物を低減することが可能になり、侵入した異物によって発生するブラシ摩耗促進等の不具合も少なくすることができる。
【０００８】
また、上述した複数のリブ状突起は、波形形状を有することが望ましい。あるいは、上述した複数のリブ状突起は、円弧形状を有することが望ましい。これにより、リブ状突起を平板形状に形成する場合に比べて、冷却フィンの放熱面積を増やすことができ、電圧制御装置の冷却性を向上させることが可能になる。
【０００９】
また、上述した複数のリブ状突起は、回転軸を中心とした同心円状に形成されていることが望ましい。このように、隣接するリブ状突起の間隔を一定に形成することにより、部分的に通風抵抗が増すことを防止することができる。また、冷却フィン近傍に導入された冷却風は、ブラシ装置の外周側を同心円状に移動することになるため、冷却フィンを通ってブラシ装置に直接流れる冷却風を大幅に低減することができ、冷却フィンで暖まった冷却風がブラシ装置に直接あたることによりブラシ温度が上昇することを防止することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
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、本発明を適用した一実施形態の車両用交流発電機１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、電機子として働く固定子４と、回転子２と固定子４とを一対の軸受け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４に接続されて交流出力を直流出力に変換する整流装置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７１、７２を保持するブラシ装置７と、出力電圧を制御する電圧制御装置８と、整流装置５、電圧制御装置８およびブラシ装置７等の電気部品を覆うようにリアフレーム３ｂに取り付けられる樹脂製の保護カバー９を含んで構成されている。
【００１１】
回転子２のフロント側端面には、回転子２の回転方向に対してブレードを前傾させた斜流式の冷却ファン２３が設けられている。この冷却ファン２３を回転子２とともに回転させることにより、フロントフレーム３ａの軸方向端面に設けられた吸入窓から取り込まれた冷却風は、固定子４の固定子巻線４１のフロント側コイルエンド４１ａと界磁コイル２２を冷却する。一方、回転子２のリア側端面には、遠心式の冷却ファン２４が設けられている。この冷却ファン２４を回転子２とともに回転させることにより、保護カバー９に設けられた吸入窓から取り込まれた冷却風は、整流装置５、ブラシ装置７、電圧制御装置８を冷却した後リアフレーム３ｂの吸入窓を介して冷却ファン２４近傍に導かれ、さらに遠心方向に配置された固定子巻線４１を冷却する。
【００１２】
図２は、整流装置５、ブラシ装置７および電圧制御装置８の組み付け状態を示す図である。図３は、電圧制御装置８の平面図である。図４は、電圧制御装置８の組み付け状態を示す図であり、保護カバー９で覆われた状態が示されている。図５は、図４のＶ−Ｖ線断面図である。図６は、本実施形態の車両用交流発電機１の結線図である。
【００１３】
整流装置５は、回転子２の回転軸方向に２段に重ねられた馬蹄形の冷却部材としての正極側フィン５０１および負極側フィン５０３と、正極側フィン５０１に取り付けられた複数の正極側ダイオード５０２と、負極側フィン５０３に取り付けられた複数の負極側ダイオード５０４と、端子台５１３とを含んで構成されている。
【００１４】
端子台５１３は、正極側フィン５０１と負極側フィン５０３の間を電気的に絶縁する樹脂製絶縁部材であり、固定子４で発生する交流電圧を正極側ダイオード５０２および負極側ダイオード５０４に導くための導電部材を内蔵している。
正極側ダイオード５０２および負極側ダイオード５０４は、それぞれのリードターミナルが異極性のフィンに向くように、すなわち、正極側ダイオード５０２のリードターミナルは負極側ダイオード５０４が取り付けられた負極側フィン５０３に、負極側ダイオード５０４のリードターミナルは正極側ダイオード５０２が取り付けられた正極側フィン５０１にそれぞれ向くように配置されている。
【００１５】
また、正極側ダイオード５０２および負極側ダイオード５０４は、正極側フィン５０１あるいは負極側フィン５０３に形成された貫通孔に打ち込み固定されており、それぞれのリードターミナルは、端子台５１３の導電部材に電気接続され、複数の正極側ダイオード５０２と複数の負極側ダイオード５０４によって全波整流回路が形成されている。本実施形態では、２組の三相全波整流回路を形成するように、正極側フィン５０１と負極側フィン５０３のそれぞれには６個の正極側ダイオード５０２あるいは６個の負極側ダイオード５０４が配置されている。さらに、正極側フィン５０１には出力端子用のボルト５００が取り付けられており、全波整流された直流出力が取り出される。
【００１６】
また、整流装置５は、リアフレーム３ｂと保護カバー９との間に配置され、リア側の軸受け３ｄを収容するリアベアリングボックスを支持する支持部材に保護カバー９とともに締結固定されている。また、負極側フィン５０３は、正極側フィン５０１に比べて外径寸法が大きく設定されており、しかも、負極側ダイオード５０４は、正極側ダイオード５０２よりも大径側（径方向外側）に配置されている。また、負極側フィン５０３には外径部近傍の複数箇所（例えば４箇所）に周方向に沿ってほぼ均等に締結固定部が形成されており、これらの締結固定部に締結用ビス５１０を通して負極側フィン５０３を締結することにより、リアフレーム３ｂに負極側フィン５０３が固定される。また、これらの締結固定部周辺において、負極側フィン５０３がリアフレーム３ｂに接触し、負極側フィン５０３からリアフレーム３ｂに対する放熱が行われる。
【００１７】
また、本実施形態の整流装置５では、端子台５１３を挟んで正極側フィン５０１と負極側フィン５０３が組み付けられた状態で、周方向の一部に所定の空間が形成されている。この空間には、電圧制御装置８の一部とブラシ装置７とが配置される。ブラシ装置７は、回転子２の回転中心に設けられており、その径方向外側に電圧制御装置８が配置されている。
【００１８】
電圧制御装置８は、整流装置５の周方向の一部に形成された所定の空間に配置される電圧制御部８００と、この電圧制御部８００の外周部から周方向に延出して先端に固定部８０２が形成された延出部８０４と、電圧制御部８００に電気的に接続されるとともに固定部８０２と電圧制御部８００との間の延出部８０４に設けられたコネクタ部８０６とを有している。
【００１９】
電圧制御部８００は、車両用交流発電機１の出力電圧を調整するためのものであり、制御回路を構成するチップ８０７が内蔵されているとともに、このチップ８０７によって発生する熱を放熱する冷却フィン８０８がリア側に設けられている。延出部８０４は、円弧形状を有しており、その先端の固定部８０２は、整流装置５が固定されるリアフレーム３ｂの端面から外径側にせり出した位置に配置されている。また、コネクタ部８０６は、回転子２の回転軸方向に延出しており、複数の接続端子（例えば３つの接続端子８１０、８１２、８１４）が設けられている。このコネクタ部８０６と固定部８０２は、回転子２の回転軸からの距離がほぼ同じになるように設置位置が設定されている。また、固定部８０２は、ボルト８０９を用いて、リアフレーム３ｂの端面に締結固定されている。
【００２０】
また、電圧制御部８００には、ブラシ装置７と電気的接続を行う２つの端子８３０、８３２と、整流装置５と電気的接続を行う３つの端子８３４、８３６、８３８とが設けられている。電圧制御部８００に設けられた端子８３０、８３２は、回転子２の界磁コイル２２の両端に電気的に接続されるＦ端子およびＢ端子である。また、端子８３４は、整流装置５の負極側フィン５０３に接続されるＥ端子である。端子８３６は、整流装置５の正極側フィン５０１に接続されるＢ端子であり、端子８３２と内部で結線されている。端子８３８は、固定子４に備わった多相（例えば三相）の固定子巻線４１のいずれかの相巻線に整流装置５を介して接続されるＰ端子である。また、コネクタ部８０６に設けられた端子８１０、８１２、８１４のそれぞれは、例えば、バッテリ９００の正極側端子に接続されるＳ端子、外部に接続される警告灯９０２に接続されるＬ端子、イグニッションスイッチ９０４に接続されるＩＧ端子であり、これらの接続は回転子２の回転軸に沿った向きに引き出された所定のケーブルを介して行われる。
【００２１】
ところで、本実施形態の電圧制御装置８では、電圧制御部８００に備わった冷却フィン８０８は、回転子２の回転軸を中心とした周方向に沿って形成された複数のリブ状突起８４０を有している。各リブ状突起８４０は、回転軸を中心とした遠心方向に対して直角方向に延在した複数の平板状部材であり、隣接するリブ状突起８４０の間の空間が冷却風の通風路８４２を形成している。
【００２２】
したがって、図４および図５に示すように、冷却フィン８０８の上部に形成された保護カバー９の吸入窓から取り込まれた冷却風は、リブ状突起８４０の延在方向と平行な通風路８４２に沿って流れ、さらに電圧制御部８００の周方向側面に沿ってリアフレーム３ｂ側に吸入される。特に、図３に示すように冷却フィン８０８の径方向の長さＡを周方向の長さＢよりも長く設定した場合には、リブ状突起を径方向に沿って形成する場合に比べて、図５に示す冷却風導入部空間Ｓの容量を大きくすることが可能になり、通風抵抗の低減による冷却性の向上が可能になる。
【００２３】
このように、本実施形態の車両用交流発電機１では、電圧制御装置８の冷却フィン８０８には、回転子２の回転軸を中心とした周方向に沿って複数のリブ状突起８４０が形成されている。これにより、電圧制御装置８の冷却フィン８０８を冷却した冷却風を各リブ状突起８４０に沿って周方向に導くことができる。これに伴い、冷却フィン８０８の冷却に伴って比較的高温になった冷却風が電圧制御装置８よりも内径側に配置されたブラシ装置７に向かって直接流れることを防止することができるため、ブラシ温度を低減することが可能になる。このため、ブラシ温度上昇に伴うブラシ摩耗促進等の不具合発生を回避することができる。また、ブラシ装置７に直接向かう冷却風を減らすことができることから、ブラシ装置７周辺に冷却風とともに集まるダスト等の異物を低減することが可能になり、侵入した異物によって発生するブラシ摩耗促進等の不具合も少なくすることができる。
【００２４】
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、冷却フィン８０８の形状を平板状部材以外の形状としてもよい。
図７は、波形形状のリブ状突起を有する冷却フィンの変形例を示す図である。図７に示す電圧制御装置８Ａでは、冷却フィン８０８Ａに形成された複数のリブ状突起８４０Ａは、回転子２の回転軸を中心とした遠心方向に対して直角方向に延在した互いに平行な波形形状を有している。平板形状のリブ状突起８４０を用いる場合に比べて、冷却フィン８０８Ａの放熱面積を増やすことができ、電圧制御装置８Ａの冷却性をさらに向上させることが可能になる。
【００２５】
図８は、円弧形状のリブ状突起を有する冷却フィンの変形例を示す図である。図８に示す電圧制御装置８Ｂでは、冷却フィン８０８Ｂに形成された複数のリブ状突起８４０Ｂは、回転子２の回転軸を中心とした遠心方向に対して直角方向に延在した互いに平行な円弧形状を有している。上述した波形形状のリブ状突起８４０Ａの場合と同様に、平板形状のリブ状突起８４０を用いる場合に比べて、冷却フィン８０８Ｂの放熱面積を増やすことができ、電圧制御装置８Ｂの冷却性をさらに向上させることが可能になる。
【００２６】
また、各リブ状突起８４０Ｂを、図８に示すように、回転子２の回転軸Ｏを中心とした同心円状に形成することにより、隣接するリブ状突起８４０Ｂの間隔を一定に形成することが容易になり、部分的に通風抵抗が増すことを防止することができる。また、冷却フィン８０８Ｂ近傍に導入された冷却風は、ブラシ装置７の外周側を同心円状に移動することになるため、冷却フィン８０８Ｂを通ってブラシ装置７に直接流れる冷却風を大幅に低減することができ、冷却フィン８０８Ｂで暖まった冷却風がブラシ装置７に直接あたることによるブラシ温度が上昇することを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】一実施形態の車両用交流発電機の断面図である。
【図２】整流装置、ブラシ装置および電圧制御装置の組み付け状態を示す図である。
【図３】電圧制御装置の平面図である。
【図４】電圧制御装置の組み付け状態を示す図である。
【図５】図４のＶ−Ｖ線断面図である。
【図６】本実施形態の車両用交流発電機の結線図である。
【図７】波形形状のリブ状突起を有する冷却フィンの変形例を示す図である。
【図８】円弧形状のリブ状突起を有する冷却フィン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
３ｃ、３ｄ軸受け
４固定子
５整流装置
７ブラシ装置
８電圧制御装置
９保護カバー
８００電圧制御部
８０８冷却フィン
８４０、８４０Ａ、８４０Ｂリブ状突起
８４２通風路

Claims

回転子と、
前記回転子の周囲に設けられて前記回転子と協働して発電する固定子と、
前記回転子の回転中心に設けられて前記回転子に励磁電流を供給するブラシを保持するブラシ装置と、
出力電圧を調整する制御回路と、この制御回路で発生した熱を放熱する冷却フィンとを有するとともに、前記ブラシ装置の径方向外側に離間した位置に配置される電圧制御装置と、
を備える車両用交流発電機において、
前記冷却フィンは、前記回転子の回転軸を中心とした周方向に沿って、複数のリブ状突起が形成されていることを特徴とする車両用交流発電機。
請求項１において、
前記複数のリブ状突起は、波形形状を有することを特徴とする車両用交流発電機。
請求項１または２において、
前記複数のリブ状突起は、円弧形状を有することを特徴とする車両用交流発電機。
請求項３において、
前記複数のリブ状突起は、前記回転軸を中心とした同心円状に形成されていることを特徴とする車両用交流発電機。