JP2002519987A - 電気機械、有利には整流器構成ユニットを備えた三相交流発電機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 電気機械、有利には三相交流発電機もしくはオルタネータであって、そのエンドシールド（１２）の後側の端面領域に整流器構成ユニット（２６）を備えている形式のものにおいて、損失熱の導出を改善するが改善されなければならない。プラスダイオードもしくはマイナスダイオード（３１，３２）を備えたプラスヒートシンクおよびマイナスヒートシンク（２７，２８）は互いに絶縁されてサンドイッチ状に、ダイオードと巻線接続部（１７Ａ）との間の切換接続のための回路ボード（３０）と一緒にエンドシールド（１２）にねじ締結されている。特にマイナスダイオード（３１）における冷却を改善するために、このマイナスダイオード（３１）のベース（３１ａ）が、エンドシールド（１２）と直接に金属的に接触している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 背景技術 本発明は、請求項１の上位概念部に記載の形式の電気機械、有利には整流器構
成ユニットを備えた三相交流発電機もしくはオルタネータに関する。

【０００２】 このような形式の公知の解決手段（米国特許第５４５１８２３号明細書）では
、整流器構成ユニットのプラスダイオードもしくはマイナスダイオードが、それ
ぞれ、いわゆる「ヒートシンク」（Ｋｕｅｈｌｋｏｅｒｐｅｒ）と呼ばれる冷却
体に固定されていて、ケーシング接続部を介してヒートシンクに電気的に接続さ
れている。ヒートシンクは、間挿された絶縁プレートと一緒にサンドイッチ状に
、三相交流発電機のためのエンドシールドの端面に固定されている。この場合、
下側のヒートシンクはエンドシールドの端面に導電的に、つまり電気が導通され
るように、かつ熱伝導的に、つまり熱が伝導されるように、装着される。上側の
ヒートシンクには、回路ボードが設けられており、この回路ボードは、それぞれ
１つのプラスダイオードおよびマイナスダイオードと、三相交流発電機のステー
タ内の三相交流巻線の巻線端部との接続のために、この回路ボードのプラスチッ
ク内に埋め込まれた多数の電流レール（バスバー）を有している。このような整
流器構成ユニットはリベットによってまとめて保持され、そしてねじによって三
相交流発電機に固定される。円弧状に形成された上側のヒートシンクを冷却する
ためには、この上側のヒートシンクの内周面の領域が、互いに並んで配置された
多数の冷却スリットを備えている。これらの冷却スリットは電気機械の軸線に対
して軸方向に向けられている。これらの冷却スリットを通じて、軸方向の冷却空
気流が端面側で外部から、発電機のロータに固定されたファンに向かって吸い込
まれる。冷却空気はファンによって、公知の形式でエンドシールドの外周面に設
けられたスリットを通じて半径方向で外側に向かって吹き出される。

【０００３】 この公知の解決手段には、冷却空気を貫流させるために整流器構成ユニットの
上側のヒートシンクに設けられた開口が、熱導出のための比較的小さな冷却面し
か有していないので、これらの冷却空気開口に十分な冷却面を得るためには比較
的厚い上側のヒートシンクが必要とされる、という欠点がある。このように必要
とされる材料溜まりに基づき、この場合に使用される上側のヒートシンクは相応
して高価でかつ重くなる。さらに、冷却空気流のための大きな冷却面を得るため
には、ヒートシンクに設けられた前記開口が、半径方向に延びる小幅のスリット
として形成されている。このようなスリットは、やはり冷却空気流にとっては比
較的高い空気抵抗となる。これにより、これらのスリットを通じて吸い込まれる
空気容積は極めて少なくなり、ひいては冷却効果も極めて低くなる。出力の大き
なファンの使用は、一層高い手間を招くと同時に、流れ騒音の増大をもたらす。

【０００４】 このような公知の発電機における別の欠点としては、整流器構成ユニット内で
熱がマイナスダイオードベースからマイナスヒートシンクへ案内されることが加
えられる。マイナスヒートシンクからは熱の一部が（上で説明したように）直接
に空気に引き渡され、熱の残りの別の部分は固定点を介してエンドシールドへ引
き渡され、そしてこのエンドシールドから空気へ引き渡される。これにより、導
出された熱の大部分は、発電機内部へ流入する前に空気によって受け取られる。
これに対して、マイナスヒートシンクがスリップリングエンドシールドに面状に
接触しているような発電機では、熱がマイナスダイオードベースからマイナスヒ
ートシンクとエンドシールドとを介して空気へ流れる。しかし、このような解決
手段は特に剛性的なヒートシンクと、加工された大面積の載置部とを必要とする
。

【０００５】 発明の利点 請求項１の特徴部に記載の特徴を備えた本発明による電気機械は、従来のもの
に比べて次のような利点を有している。すなわち、マイナスダイオードの熱が、
ケーシングに接触したヒートシンクの場合よりも良好に導出されるようになる。
なぜならば、本発明の構成では、マイナスダイオードが直接にそれ自体エンドシ
ールドに接触しているからである。付加的に加工される面は必要にならない。マ
イナスダイオードで形成された熱の大部分は、空気が発電機から流出するときに
はじめてエンドシールドから空気へ引き渡される。すなわち、内側の各構成部分
が、より冷たい空気を受け取るわけである。すなわち、マイナスダイオードで形
成された熱の大部分は、直接にエンドシールドに流入し、そして熱の残りの僅か
な部分だけがマイナスヒートシンクを介してエンドシールドへ、ひいては空気へ
流れる。

【０００６】 本発明の別の有利な構成は、請求項２以下、次に行う説明および図面に記載さ
れている。

【０００７】 実施例の説明 図１には、自動車に用いられる三相交流発電機、つまりオルタネータが符号１
０で示されている。三相交流発電機１０は２つのシェル半部１１，１２から成る
ダイカストケーシング１３を有しており、この場合、前側のシェル半部１１は駆
動軸受け１４のためのエンドシールドとして形成されており、後側のシェル半部
１２は、駆動軸受け１４よりも小さく形成された玉軸受け１５のためのエンドシ
ールドとして形成されている。ケーシング１３の両シェル半部１１，１２はステ
ータ成層鉄心１６を位置固定しており、このステータ成層鉄芯１６は公知の形式
で、三相交流を発生させるための三相のステータ巻線１７を収容している。ステ
ータ成層鉄芯１６に設けられた、いわゆる「ステータ孔」内には、爪磁極形回転
子、つまりクローポールロータ１８が配置されており、このクローポールロータ
１８はそのロータシャフト１９で駆動軸受け１４と玉軸受け１５とに支承されて
いる。ロータシャフト１９は中央の範囲に、導磁性のリングコア２０を有してお
り、このリングコア２０には、励磁巻線２１が被さるように配置されている。リ
ングコア２０もしくは励磁巻線２１に対して両側では、それぞれ１つのクローポ
ールボード２２がロータシャフト１９に固定されている。クローポールボード２
２のクローポールフィンガは、交番磁界を形成するために互いに間隔を置いて内
外に入り込んでいる。

【０００８】 励磁巻線２１への電流供給のために、ロータシャフト１９の後端部には、スリ
ップリング装置２３が設けられている。このスリップリング装置２３の各１つの
スリップリングは励磁巻線２１の一方の端部に電気的に接続されている。スリッ
プリングは公知の形式で、カーボンブラシ装置（図示しない）と協働する。この
炭素ブラシ装置には、レギュレータが組み込まれており、このレギュレータによ
って、励磁巻線２１に流れる直流が、自動車の搭載電源における要求に応じて制
御される。後側のシェル半部１２の内側では、ファン２４がクローポールボード
２２の端面に固定されており、このファン２４は後側のシェル半部１２の端面に
設けられた適当なスリットを通じて、冷却空気流２５を軸方向で吸い込み、そし
てこの冷却空気流２５をステータ巻線１７の後側のコイルヘッドの傍らに半径方
向で通過させて、後側のシェル半部１２に設けられた外側に位置するスリットを
通じて半径方向外側に向かって吹き出す。前側のシェル半部１１の内部では、前
側のクローポールボード２２の端面に第２のファン２４ａが設けられており、こ
れにより、この場合にも冷却空気流は軸方向で前側のシェル半部１１のスリット
を通じて吸い込まれ、そしてステータ巻線１７の前側のコイルヘッドの傍らに通
されて、外側に位置するケーシングスリットを通じて半径方向外側に向かって吹
き出される。後側のファン２４によって軸方向で吸い込まれた冷却空気流２５内
では、後側のシェル半部１２の外側の端面に整流器構成ユニット２６が設けられ
ている。この整流器構成ユニット２６の入力側は、ステータ巻線１７で誘導され
た三相交流を整流するために、公知の形式でステータ巻線１７の巻線出力側に接
続されている。整流器構成ユニット２６の出力側では、公知の形式で、自動車の
搭載電源への供給のために必要とされる直流電圧を取り出すことができる。

【０００９】 図２および図３には、整流器構成ユニット２６の詳細が示されている。すなわ
ち、整流器構成ユニット２６は熱伝導性の金属、有利にはアルミニウムから成る
プレート状のプラスヒートシンク２７とマイナスヒートシンク２８とを有してい
る。上下に位置する両ヒートシンク２７，２８は絶縁プレート２９によって互い
に電気的に絶縁されていて、上側のヒートシンク２７に配置された回路ボード３
０と一緒にサンドイッチ状に、当該電気機械の後側のシェル半部１２を形成する
エンドシールドの端面領域に固定されている。

【００１０】 マイナスヒートシンク２８では、複数のマイナスダイオード３１が、有利には
刻み目を備えた孔内に、アノード接続部で圧入されている。同様にプラスヒート
シンク２７では、複数のプラスダイオード３２がカソード側で圧入されている。
それぞれ１つのマイナスダイオード３１とプラスダイオード３２との直列接続な
らびにプラスダイオード３２とステータ巻線１７の片方の端部との接続は、導線
３３を介して行われる。これらの導線３３は、その接続端部３３ａを除いて回路
ボード３０においてプラスチック内に埋め込まれている。整流器構成ユニット２
６はプラスチックから成る保護キャップ３４によって外部に対してカバーされる
が、しかしこの保護キャップ３４は冷却空気流２５の流入のために、相応して端
面側に配置された開口３５を備えている。回路ボード３０と、プラスヒートシン
ク２７と、絶縁プレート２９と、マイナスヒートシンク２８とは、重なり合った
状態で、固定用ねじ３６によって後側のシェル半部１２の端面にねじ締結される
。保護キャップ３４はさらに接続用ねじ３７によってプラスヒートシンク２７に
固定される。

【００１１】 整流器構成ユニット２６の損失熱は一方では、後側のシェル１２のエンドシー
ルドに設けられた台座１２ａ，１２ｂにおけるマイナスダイオード３１および下
側のマイナスヒートシンク２８の熱伝導性の載置部を介して導出されると共に、
他方ではファン２４の冷却空気流２５を介して上側のプラスヒートシンク２７か
ら導出される。この場合、この上側のプラスヒートシンク２７は、冷却空気流２
５を軸方向で通過させるために、内側の周面領域に相並んで配置された複数の冷
却空気開口３８を有している。この場合、図３から判るように、マイナスダイオ
ード３１はそのベース３１ａでマイナスヒートシンク２８の輪郭を越えて突出し
ていて、このベース３１ａでエンドシールドの台座１２ｂに直接に接触している
。すなわち、マイナスダイオード３１は、これまでのようにマイナスヒートシン
クを介してのみ、固定点にねじ３６によって固定されているわけではない。エン
ドシールドにおけるマイナスダイオード３１のこのような直接的な接触、しかも
マイナスダイオード３１の下面に設けられた小さな台座３１ｂによるプレロード
をかけられた接触に基づき、これらのマイナスダイオード３１で形成される熱の
大部分は、エンドシールドに直接に流れ込み、熱の比較的小さな部分がマイナス
ヒートシンク２８を介してエンドシールドおよび空気へ流れる。さらに、プラス
ヒートシンク２７から冷却空気流２５へ、このような損失熱をできるだけ良好に
導出するためには、プラスヒートシンク２７の冷却空気開口３８に、軸方向に向
けられた冷却リブ３９が一体成形されている。これらの冷却リブ３９によって、
プラスヒートシンク２７の、冷却空気流２５にさらされる表面積は著しく増大さ
せられる。これにより、冷却空気開口３８をも増大させ、ひいては、これらの冷
却空気開口３８を通って流れる冷却空気流２５の量を高めることもできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 後側のエンドシールドに整流器構成ユニットを備えた三相交流発電機もしくは
オルタネータの縦断面図である。

【図２】 整流器構成ユニットの立体的な斜視図である。

【図３】 プラスヒートシンクとマイナスヒートシンクとから成っていて、しかもマイナ
スヒートシンクのマイナスダイオードがエンドシールドに接触しているような整
流器構成ユニットを示す、半概略的でかつ屈曲された断面図である。

【符号の説明】

１０ 三相交流発電機、 １１，１２ シェル半部、 １２ａ，１２ｂ 台座
、 １３ ダイカストケーシング、 １４ 駆動軸受け、 １５ 玉軸受け、
１６ ステータ成層鉄芯、 １７ ステータ巻線、 １８ クローポールロータ
、 １９ ロータシャフト、 ２０ リングコア、 ２１ 励磁巻線、 ２２
クローポールボード、 ２３ スリップリング装置、 ２４，２４ａ ファン、
２５ 冷却空気流、 ２６ 整流器構成ユニット、 ２７ プラスヒートシン
ク、 ２８ マイナスヒートシンク、 ２９ 絶縁プレート、 ３０ 回路ボー
ド、 ３１ マイナスダイオード、 ３１ａ ベース、 ３１ｂ 台座、 ３２
プラスダイオード、 ３３ 導線、 ３４ 保護キャップ、 ３５ 開口、
３６ 固定用ねじ、 ３７ 接続用ねじ、 ３８ 冷却空気開口、 ３９ 冷却
リブ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電気機械、有利には三相交流発電機であって、ケーシング（
   １１，１２）と、該ケーシング（１１，１２）内に回転可能に支承されたロータ
   と、整流器構成ユニット（２６）とが設けられていて、該整流器構成ユニット（
   ２６）が、複数のマイナスダイオード（３１）およびプラスダイオード（３２）
   を備えており、該マイナスダイオード（３１）およびプラスダイオード（３２）
   が、それぞれマイナスヒートシンク（２８）もしくはプラスヒートシンク（２７
   ）に互いに絶縁されて取り付けられていて、ダイオード接続部のための回路ボー
   ド（３０）と一緒に、当該電気機械のエンドシールド（１２）の端面領域にサン
   ドイッチ状に固定されており、前記整流器構成ユニット（２６）の損失熱が、一
   方では部分的にエンドシールドにおける下側のマイナスヒートシンクの熱伝導的
   な接触部を介して導出され、かつ他方では部分的にファンの少なくとも１つの吸
   込冷却空気流（２５）を介して上側のプラスヒートシンク（２７）から導出され
   るようになっている形式のものにおいて、マイナスヒートシンク（２８）に固定
   されたマイナスダイオード（３１）が、それぞれそのベース（３１ａ）で直接に
   エンドシールド（１２）に接触していることを特徴とする電気機械。
2. 【請求項２】 マイナスダイオード（３１）の、エンドシールド（１２）に
   面した面取り部（３１ｂ）が、各構成部分（２７，２８，１２）のねじ締結時に
   、プレロードをかけられて、エンドシールド（１２）に形成された台座（１２ｂ
   ）に接触している、請求項１記載の電気機械。
3. 【請求項３】 エンドシールド（１２）に形成された、マイナスダイオード
   （３１）のために台座（１２ｂ）が、切欠き（１２Ｃ）によって互いに分離され
   ている、請求項１または２記載の電気機械。