JP2019122211A - 回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】整流素子の放熱を効率的に行う回転電機を提供することにある。【解決手段】レクチファイヤ４０は、互いに軸線方向に重なる位置に設けられる第１放熱板４１Ａ及び第２放熱板４１Ｂと、第１放熱板４１Ａに装着され、整流回路３０の上アーム３１に用いられる第１整流素子５０Ａと、第２放熱板４１Ｂに装着され、整流回路３０の下アーム３２に用いられる第２整流素子５０Ｂと、を備えており、第１放熱板４１Ａ及び第２放熱板４１Ｂのうち第２放熱板４１Ｂがフレーム部材２０の側に設けられており、第２放熱板４１Ｂの表面積が、第１放熱板４１Ａの表面積よりも大きい。【選択図】 図２

Description

本発明は、回転電機に関するものである。

従来、回転電機としてのオルタネータで発電された交流電流をバッテリに充電可能な直流電流にするために整流回路が設けられており、この整流回路では、整流素子としてダイオードが設けられている。しかしながら、ダイオードによる整流は、損失が大きいため、ＭＯＳＦＥＴ等の半導体スイッチング素子を用いて、整流を行う技術が開発されている。例えば、特許文献１では、従来のダイオードによる整流素子と同じような円形状の外形形状の第１の外部電極と、ＭＯＳＦＥＴチップと、制御回路チップと、ＭＯＳＦＥＴチップに対して第１の外部電極と反対側に配置される第２の外部電極を備えた整流素子が開示されている。

特開２０１６−５８５９４号公報

しかしながら、特許文献１の整流素子は、ＭＯＳＦＥＴチップを用いているため、従来のダイオードを用いたものよりも動作保証温度が低い。一般的に、ダイオードの動作保証温度の最大温度が２００℃を超えていたのに対して、ＭＯＳＦＥＴの動作保証温度の最大温度は、１５０〜１７５℃程度である。回転電機の発電中には、整流素子に隣接するフレーム部材の温度が１５０℃近くになることがある。そのため、ＭＯＳＦＥＴを用いた整流素子を利用する場合には、整流素子の温度を下げるために、放熱効率を上げることが望まれている。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その主たる目的は、整流素子の放熱を効率的に行う回転電機を提供することにある。

第１の手段では、回転子（１１）の回転に伴い固定子（１３）にて交流電流を生じさせる回転電機本体（１４）と、前記回転電機本体を保持し、接地部材に接続されるフレーム部材（２０）と、前記フレーム部材よりも軸線方向外側に設けられ、前記固定子にて生じた交流電流を整流する整流回路（３０）を構成するレクチファイヤ（４０）と、を備え、前記レクチファイヤは、互いに軸線方向に重なる位置に設けられる第１放熱板（４１Ａ）及び第２放熱板（４１Ｂ）と、前記第１放熱板に装着され、前記整流回路の上アーム（３１）に用いられる第１整流素子（５０Ａ）と、前記第２放熱板に装着され、前記整流回路の下アーム（３２）に用いられる第２整流素子（５０Ｂ）と、を備えており、前記第１整流素子は、前記第１放熱板に固定され前記上アームの高電位側に接続される高電位ベース電極（５５Ａ）と、その高電位ベース電極上にドレイン電極（５１Ｄ）が設けられる第１ＭＯＳＦＥＴ（５１Ａ）と、を有し、前記第２整流素子は、前記第２放熱板に固定され前記下アームの接地電位側に接続される接地電位ベース電極（５５Ｂ）と、その接地電位ベース電極上にスペーサ（５７）を介してソース電極（５１Ｓ）が設けられる第２ＭＯＳＦＥＴ（５１Ｂ）と、を有し、前記第１放熱板及び前記第２放熱板のうち前記第２放熱板が前記フレーム部材の側に設けられており、前記第２放熱板の表面積が、前記第１放熱板の表面積よりも大きい。

回転電機の整流回路において、整流素子として、ダイオードに代えてＭＯＳＦＥＴを用いる場合には、動作保証温度が下がるため、放熱効率を上げることが重要になる。また、第１整流素子と第２整流素子とでは、各放熱板の配置と、各整流素子におけるＭＯＳＦＥＴのチップの配置とに起因して、放熱性が異なっており、第２整流素子の方が、放熱性が低いと考えられる。つまり、第２整流素子が設けられる第２放熱板は接地電位側であり、接地電位となるフレーム部材との接続の都合上、第１放熱板よりもフレーム部材の側に設けられる。そのため、第２放熱板は、第１放熱板よりも放熱性が低くなると考えられる。また、ＭＯＳＦＥＴでは、一般にチップの一方の面にゲート電極とソース電極が設けられるとともに、他方の面にドレイン電極が設けられ、特にゲート電極とソース電極が設けられる側では、ゲート電極の電気接続エリアの確保のためにスペーサが設けられることが考えられる。かかる場合、高電位ベース電極上にドレイン電極が設けられる第１整流素子と、接地電位ベース電極上にスペーサを介してソース電極が設けられる第２整流素子とを比べると、後者の方が、放熱性が低くなると考えられる。

この点、本手段では、第１放熱板の表面積よりも第２放熱板の表面積が大きくなるようにして、第２放熱板の放熱効率を上げている。このようにすることで、放熱効率の悪い第２整流素子に対しても放熱効率を上げることができる。

第２の手段では、前記第１放熱板と前記第２放熱板とは、円弧状をなしており、その周方向に前記整流素子が並べて配置されており、前記第１放熱板の径方向の幅寸法よりも前記第２放熱板の径方向の幅寸法が大きくなっている。

回転電機本体に設けられた回転軸を避けつつ、放熱のための表面積を確保するために、各放熱板は、円弧状になっている。そこで、第１放熱板の径方向の幅寸法よりも、第２放熱板の径方向の幅寸法が大きくなることで、第１放熱板と第２放熱板とが軸線方向に重なる位置に設けられていても、第２放熱板の放熱エリアを確保できる。また、表面積自体も、第１放熱板よりも第２放熱板の方が大きくなる。そのため、第２放熱板の放熱効率を上げることができる。

第３の手段では、前記第２放熱板は、一部が前記第１放熱板よりも径方向外側にはみ出るように配置されており、前記第２放熱板において前記第２整流素子から前記第２放熱板の外縁までの径方向距離が、前記第１放熱板において前記第１整流素子から前記第２放熱板の外縁までの径方向距離よりも大きい。

第３の手段によれば、第１放熱板よりも軸方向内側に配置される第２放熱板において、第１放熱板に重ならない外側部分を拡張することで、第２放熱板での放熱効率を上げることができる。なお、第１放熱板においては、第２放熱板に比べて、整流素子から径方向外側の部分が小さくなっているため、第２放熱板に装着される第２整流素子に干渉する等の不都合を抑制できる。

第４の手段では、前記第１放熱板は、径方向外側であって、かつ軸線方向に前記第２放熱板と重なる部分に放熱リブ（４７）を有している。

第４の手段によれば、第１放熱板により第２放熱板が隠される部分を少なくしつつ、第１放熱板の放熱効率を上げることができる。また、第１放熱板において径方向外側の部分が小さくなっていても、第２整流素子との干渉を避けつつ適正なる放熱性を実現できる。

第５の手段では、前記レクチファイヤを覆い、通風用の孔（２６）を有するリアカバー（２５）を備えており、前記レクチファイヤには、端子台（４３）が設けられており、前記第２整流素子は、前記第２ＭＯＳＦＥＴに対して前記接地電位ベース電極と反対側に設けられるリード電極（５６）を有しており、前記端子台には、前記リード電極と前記固定子とを接続する接続端子（４５）が設けられており、前記接続端子には、前記通風用の孔から進入した風によって冷却される冷却部（４６）が設けられている。

第２整流素子は、接地電位ベース電極とは第２ＭＯＳＦＥＴを挟んで反対側にリード電極を有している。そして、このリード電極と接続する接続端子には、風によって冷却される冷却部が設けられており、冷却部が風によって冷却されることで接続端子の放熱性を上げることができる。そのため、リード電極を介して、第２整流素子の熱を接続端子にも伝えることができ、リード電極側からも放熱することができる。

回転電機の一部切欠き断面図 レクチファイヤの平面図 整流回路の回路構成図 第１整流素子の平面図 第１整流素子が組み付けられた第１放熱板の概略断面図 第２整流素子が組み付けられた第２放熱板の概略断面図 接続端子の平面図 変形例の接続端子の平面図

以下、車両用の交流用の回転電機として具体化した構成について図面に基づいて説明する。

図１は、回転電機１０の一部切欠き断面図である。図２は、レクチファイヤ４０の平面図であって、レクチファイヤ４０を回転電機１０に取り付けた場合に、軸線方向においてリアカバー２５側となる一端から見た図である。図１において、回転電機１０は、図示しない車両用エンジンの出力軸にベルト等の連結部材を介して駆動連結された、いわゆるオルタネータである。回転電機１０は、回転子１１の回転に伴い固定子１３にて交流電流を生じさせる回転電機本体１４と、回転電機本体１４とを保持するフレーム部材２０と、固定子１３にて生じた交流電流を整流する整流回路３０を構成するレクチファイヤ４０とを備えている。フレーム部材２０は、回転軸１２の軸線方向に並ぶフロントフレーム２１とリアフレーム２２とを有し、これら各フレーム２１，２２はスルーボルトの締結により一体化されている。フレーム部材２０には、放熱用の孔が複数設けられている。また、フレーム部材２０は、車両のボディに電気的に接続されることで、車両のボディに接地されている。なお、車両のボディが「接地部材」に相当する。

回転子１１は、回転軸１２に固定されたランデル型のロータであって、周知のとおり、界磁コイルと一対のポールコアとを有している。ポールコアの回転軸１２の軸方向端面には、遠心型の冷却ファン１５,１６が取り付けられている。フレーム部材２０には軸受け２３，２４が設けられ、この軸受け２３，２４により回転子１１及び回転軸１２が回転自在に支持されている。回転軸１２の一端側（フロントフレーム２１側）にはプーリ１７が取り付けられており、プーリ１７が車両エンジンにより回転駆動される。そして、プーリ１７の回転によって回転子１１が回転し、この回転に伴って冷却ファン１５,１６が回転する。

固定子１３は、回転子１１を包囲する位置に設けられているステータであり、２組の３相のステータコイルを有している。ステータコイルは、円環状をなす固定子コアと、固定子コアに巻装された固定子巻線１８（図３参照）により形成されている。固定子１３は、フロントフレーム２１及びリアフレーム２２に挟持された状態で固定される。なお、固定子１３は、２組の３相のステータコイルとしたが、多相であれば、他の相数でもよい。

回転軸１２の軸方向においてリアフレーム２２の外側（回転電機本体１４にリアフレーム２２を挟んで反対側）には、絶縁カバーとして合成樹脂製のリアカバー２５が取り付けられている。リアフレーム２２とリアカバー２５との間に形成された空間には、レクチファイヤ４０が収容されている。なお、リアフレーム２２とリアカバー２５との間には、レクチファイヤ４０以外に、レギュレータや界磁コイル通電機構が収容されている。

レクチファイヤ４０は、フレーム部材２０より軸線方向外側に設けられている。図２に示すように、レクチファイヤ４０は、第１放熱板４１Ａと、第２放熱板４１Ｂと、第１放熱板４１Ａに装着される第１整流素子５０Ａと、第２放熱板４１Ｂに装着される第２整流素子５０Ｂと、端子台４３とを備えている。第１放熱板４１Ａと第２放熱板４１Ｂとは、軸線方向に重なる位置に設けられており、第２放熱板４１Ｂがフレーム部材２０の側に設けられている。レクチファイヤ４０の詳細については、後記する。なお、以下の説明においては、第１放熱板４１Ａ及び第２放熱板４１Ｂをまとめて放熱板４１と示すこともあり、また、第１整流素子５０Ａ及び第２整流素子５０Ｂをまとめて整流素子５０と示すこともある。

リアカバー２５は、絶縁性を有する合成樹脂により形成されており、図１に示すように、レクチファイヤ４０を覆っている。リアカバー２５には、冷却ファン１５，１６の回転に伴い、空気を取り込むための通風用の孔２６が複数設けられている。なお、取り込まれた空気は、図１の矢印のように流れ、放熱板４１を冷却しながら、フレーム部材２０側に取り込まれる。

図３は、整流回路３０の回路構成図である。整流回路３０は、固定子１３にて生じた交流電流を全波整流するための回路であって、上アーム３１と下アーム３２とを有する３相（Ｕ，Ｖ，Ｗ相）のブリッジ回路である。固定子１３のＹ結線された３本の固定子巻線１８のそれぞれの端部に、第１整流素子５０Ａ及び第２整流素子５０Ｂが接続されている。整流回路３０の上アーム３１には、３つの第１整流素子５０Ａが用いられており、整流回路３０の下アーム３２には、３つの第２整流素子５０Ｂが用いられている。なお、固定子巻線１８は、Ｙ結線としたが、Δ結線でもよい。

第１整流素子５０Ａは、第１ＭＯＳＦＥＴ５１Ａと、制御ＩＣ５２と、コンデンサ５３と、ツェナーダイオード５４とを備えている。第２整流素子５０Ｂは、第２ＭＯＳＦＥＴ５１Ｂと、制御ＩＣ５２と、コンデンサ５３と、ツェナーダイオード５４とを備えている。以下の説明においては、第１ＭＯＳＦＥＴ５１Ａ及び第２ＭＯＳＦＥＴ５１Ｂをまとめて、ＭＯＳＦＥＴ５１と示すこともある。各ＭＯＳＦＥＴ５１は、ｎ型のＭＯＳＦＥＴである。なお、図３において、各整流素子５０内の符号は、１つのみ例示で示し、他は省略する。

ＭＯＳＦＥＴ５１のドレインとソースに並列になるように、制御ＩＣ５２が接続されており、制御ＩＣ５２がＭＯＳＦＥＴ５１のゲートに接続されている。制御ＩＣ５２は、ＭＯＳＦＥＴ５１のゲートに電圧を印加することで、ＭＯＳＦＥＴ５１のオンオフを制御する。また、制御ＩＣ５２には、制御ＩＣ５２の電源用のコンデンサ５３が接続されている。

ツェナーダイオード５４は、サージ対策に用いるための素子であって、ＭＯＳＦＥＴ５１と並列に接続されている。具体的には、ツェナーダイオード５４のカソード側がＭＯＳＦＥＴ５１のドレイン側と接続され、ツェナーダイオード５４のアノード側がＭＯＳＦＥＴ５１のソース側と接続される。なお、ツェナーダイオード５４は、設けなくてもよい。

また、各整流素子５０は、端子数が２つとなっており、従来のダイオードの整流素子を用いた整流回路と同じ構成とすることができる。第１整流素子５０Ａの低電位側の端子は、それぞれ、固定子１３の各相の固定子巻線１８に接続されており、第１整流素子５０Ａの高電位側の端子は、出力端子Ｂに接続されている。そして、出力端子Ｂがバッテリや電気負荷に接続されている。第２整流素子５０Ｂの高電位側の端子は、それぞれ、固定子１３の各相の固定子巻線１８に接続されており、第２整流素子５０Ｂの低電位側の端子は、接地されている。

回転電機本体１４の発電時におけるこの整流回路３０での整流は、各相において、上アーム３１の第１ＭＯＳＦＥＴ５１Ａと下アーム３２の第２ＭＯＳＦＥＴ５１Ｂとを相補的にオンさせるとともに、各相のコイルによる発電に応じて、各相のＭＯＳＦＥＴ５１を順次オンさせる。このように、固定子から電流が流れてくる相に対してＭＯＳＦＥＴ５１をオンにさせるように切り替えることで、整流回路３０で交流電流が整流される。

次に、整流素子５０の構造を図４〜図６を参照して説明する。図４は、第１整流素子５０Ａの平面図であって、第１整流素子５０Ａを覆う樹脂５９等を省略して示している。図５は、第１整流素子５０Ａが第１放熱板４１Ａに組み付けられた状態の概略断面図を示しており、図６は、第２整流素子５０Ｂが第２放熱板４１Ｂに組み付けられた状態の概略断面図を示している。なお、図５及び図６において、各整流素子５０の素子の符号は、１つのみ例示で示し、他は省略する。また、図５及び図６において、制御ＩＣ５２、コンデンサ５３及びワイヤ５８の図示を省略する。

第１整流素子５０Ａは、図４に示すように、第１ＭＯＳＦＥＴ５１Ａと、制御ＩＣ５２と、コンデンサ５３と、ツェナーダイオード５４と、高電位ベース電極５５Ａと、リード電極５６と、ブロック電極５７（図５）とを有している。第２整流素子５０Ｂは、第２ＭＯＳＦＥＴ５１Ｂと、制御ＩＣ５２と、コンデンサ５３と、ツェナーダイオード５４と、接地電位ベース電極５５Ｂと、リード電極５６と、ブロック電極５７とを有している。なお、ブロック電極５７が「スペーサ」に相当する。以下の説明においては、高電位ベース電極５５Ａ及び接地電位ベース電極５５Ｂをまとめて、ベース電極５５と示すこともある。また、第１整流素子５０Ａと第２整流素子５０Ｂとは、接続方法以外は同じであるため、共通する部分についてはまとめて説明する。

ベース電極５５は、平面視円形状の導電性の金属で形成されており、図５及び図６に示すように、放熱板４１に設けられた装着孔４２に圧入されている。ベース電極５５は、放熱板４１の装着孔４２の内径と同じか若干大きい外径を有しており、放熱板４１の板厚と同じ高さ（軸方向の寸法）を有している。

ベース電極５５上には、ＭＯＳＦＥＴ５１と、制御ＩＣ５２と、コンデンサ５３と、ツェナーダイオード５４とが配置され、各素子間がワイヤ５８によって接続されている。ＭＯＳＦＥＴ５１は、図３及び図４に示すように、方形状（四角形）のチップとなっており、ソース電極５１Ｓとドレイン電極５１Ｄとが反対側の面に位置する縦型構造と呼ばれる構造になっている。つまり、ＭＯＳＦＥＴ５１の一面に、ゲート電極５１Ｇ及びソース電極５１Ｓが設けられており、他方の面に（ソース電極５１Ｓが設けられた面とは反対側の面）ドレイン電極５１Ｄが設けられている。ＭＯＳＦＥＴ５１のゲート電極５１Ｇが制御ＩＣ５２にワイヤ５８で接続されている。

ＭＯＳＦＥＴ５１及びツェナーダイオード５４に対してベース電極５５と反対側にリード電極５６が設けられている。リード電極５６は、ＭＯＳＦＥＴ５１及びツェナーダイオード５４と接続される板状の部分と、円柱状のリード端子５６Ｔとを有している。そして、図４及び図５に示すように、ベース電極５５とベース電極５５上の素子が樹脂５９によって覆われている。樹脂５９で覆われた状態では、リード電極５６のリード端子５６Ｔがベース電極５５の中心から突出した状態となっている。

次に、ＭＯＳＦＥＴ５１及びツェナーダイオード５４とベース電極５５及びリード電極５６との間の接続について説明する。第１整流素子５０Ａでは、図４及び図５に示すように、第１ＭＯＳＦＥＴ５１Ａのドレイン電極５１Ｄが、ハンダを用いて、高電位ベース電極５５Ａに接続及び固定されている。ツェナーダイオード５４のカソード電極が、ハンダを用いて、高電位ベース電極５５Ａに接続及び固定されている。なお、高電位ベース電極５５Ａが、第１整流素子５０Ａの高電位側の端子に相当する。

一方、第１ＭＯＳＦＥＴ５１Ａのソース電極５１Ｓが、ブロック電極５７を介して、リード電極５６に接続及び固定されている。具体的には、第１ＭＯＳＦＥＴ５１Ａのソース電極５１Ｓのある面のうち、ゲート電極５１Ｇのためにソース電極５１Ｓが狭くなっている領域以外の部分がハンダを用いてブロック電極５７に接続及び固定されている。ツェナーダイオード５４のアノード電極が、ハンダを用いて、ブロック電極５７に接続及び固定されている。そして、ブロック電極５７は、ハンダを用いて、リード電極５６に接続及び固定されている。なお、リード電極５６が、第１整流素子５０Ａの低電位側の端子に相当する。また、リード電極５６と第１ＭＯＳＦＥＴ５１Ａ及びツェナーダイオード５４との間にブロック電極５７を設けたが、第１ＭＯＳＦＥＴ５１Ａ及びツェナーダイオード５４にリード電極５６を直接接続してもよい。

第２整流素子５０Ｂでは、図６に示すように、第２ＭＯＳＦＥＴ５１Ｂのドレイン電極５１Ｄが、ハンダを用いて、リード電極５６に接続及び固定されている。ツェナーダイオード５４のカソード電極が、ハンダを用いて、リード電極５６に接続及び固定されている。なお、リード電極５６が、第２整流素子５０Ｂの高電位側の端子に相当する。

一方、ツェナーダイオード５４のアノード電極が、ハンダを用いて、ブロック電極５７に接続及び固定されている。第２ＭＯＳＦＥＴ５１Ｂのソース電極５１Ｓが、ブロック電極５７を介して、接地電位ベース電極５５Ｂに接続及び固定されている。具体的には、第２ＭＯＳＦＥＴ５１Ｂのソース電極５１Ｓのある面のうち、ゲート電極５１Ｇのために電極が狭くなっている領域以外の部分がハンダを用いてブロック電極５７に接続及び固定されている。ブロック電極５７がゲート電極５１Ｇを避けるように設けられていることで、ゲート電極５１Ｇと制御ＩＣ５２の接続の妨げになることがない。そして、ブロック電極５７は、ハンダを用いて、接地電位ベース電極５５Ｂに接続及び固定されている。なお、接地電位ベース電極５５Ｂが、第２整流素子５０Ｂの低電位側の端子に相当する。

ＭＯＳＦＥＴ５１及びツェナーダイオード５４とベース電極５５及びリード電極５６とを上記のように接続することによって、第１整流素子５０Ａと第２整流素子５０Ｂとでは、ＭＯＳＦＥＴ５１の放熱性が異なっている。なぜなら、放熱板４１に組み付けられるベース電極５５とＭＯＳＦＥＴ５１の接続方法が異なっているからである。具体的には、第１整流素子５０Ａでは、第１ＭＯＳＦＥＴ５１Ａが高電位ベース電極５５Ａに直接接続及び固定されているのに対して、第２整流素子５０Ｂでは、第２ＭＯＳＦＥＴ５１Ｂが接地電位ベース電極５５Ｂにブロック電極５７を介して接続及び固定されている。また、ブロック電極５７と第２ＭＯＳＦＥＴ５１Ｂとを接続する面積が、ゲート電極５１Ｇの接続のために、ＭＯＳＦＥＴ５１の表面積及びドレイン電極５１Ｄの面積よりも小さくなっている。そのため、第１整流素子５０Ａよりも第２整流素子５０Ｂの方が、ＭＯＳＦＥＴ５１の放熱性が下がっている。

ところで、従来のダイオードに比べて、ＭＯＳＦＥＴ５１の動作保証温度の最大温度が低くなっている。また、ダイオードと異なり、ＭＯＳＦＥＴ５１は自己発熱をほとんどしないため、回転電機本体１４に近い位置（フレーム部材２０の側）に配されているＭＯＳＦＥＴ５１は、フレーム部材２０よりも相対的に低温になる可能性がある。そのため、回転電機本体１４及びフレーム部材２０の熱が、フレーム部材２０に近い側のＭＯＳＦＥＴ５１、つまり第２ＭＯＳＦＥＴ５１Ｂに流れ込み、ＭＯＳＦＥＴ５１の動作保証温度を超えるおそれがある。その結果、構造的にＭＯＳＦＥＴ５１の放熱性の低い第２整流素子５０Ｂが、相対的に温度が高いフレーム部材２０の側に用いられているため、第２ＭＯＳＦＥＴ５１Ｂの動作保証温度を超えるおそれがある。

なお、ｎ型ＭＯＳＦＥＴではなく、ｐ型ＭＯＳＦＥＴを用いれば、ＭＯＳＦＥＴがベース電極に直接接続されている整流素子をフレーム部材２０側に用いることもできる。しかしながら、ｐ型ＭＯＳＦＥＴは、ｎ型ＭＯＳＦＥＴに比べてあまり利用されておらず、信頼性が低くなるため、自動車の回転電機に用いるのには、あまり好ましくない。

そこで、本実施形態では、レクチファイヤ４０の構造を改良し、第２放熱板４１Ｂの放熱効率を向上させている。以下、レクチファイヤ４０の構造について、図２を用いて、詳細に説明する。なお、図２において、同一のものに対して１つのみ符号を示し、他は省略する。

レクチファイヤ４０は、第１放熱板４１Ａと、第２放熱板４１Ｂと、固定子１３の固定子巻線１８と各整流素子５０を接続する接続部材４４が設けられた端子台４３とを備えている。第１放熱板４１Ａと第２放熱板４１Ｂには、それぞれ６個の第１整流素子５０Ａと第２整流素子５０Ｂとが装着孔４２に装着されており、２組の３相ステータコイルを持つ回転電機本体１４に対応している。

各放熱板４１は、伝熱性が高く、かつ導電性の金属板によって形成されている。各放熱板４１は、回転電機本体１４の回転軸１２を避けつつ放熱面積を確保するために、回転軸１２を囲う円弧状をなしている。各放熱板４１は、周方向の同じ位置が切りかかれた円環状になっている。各放熱板４１には、その周方向に整流素子５０を装着する装着孔４２が並べて設けられている。各装着孔４２は、各放熱板４１の径方向の幅方向の中心位置に設けられている。各装着孔４２は、各放熱板４１を板厚方向に貫通する孔であって、各装着孔４２に各整流素子５０が圧入されている。各装着孔４２に各整流素子５０が圧入されることで、各ベース電極５５が互いに導通した状態となっている。そして、第１放熱板４１Ａには、その円弧状の端部に出力端子Ｂが設けられている。一方で、第２放熱板４１Ｂは、フレーム部材２０に電気的に接続されることで、接地電位になっている。なお、各装着孔４２は、各放熱板４１の径方向の幅方向の中心位置に設けられていたが、径方向の幅方向の中心位置からずれた位置に設けられていてもよい。

端子台４３は、導電性の接続部材４４を一部インサート成型した合成樹脂製の部品であって、第１放熱板４１Ａと第２放熱板４１Ｂとの間に配されている。端子台４３は、その一部が台形状に第１放熱板４１Ａの外径よりも突出している。この突出した部分に、接続部材４４が固定子巻線１８と接続する接続部４４Ａが設けられている。各接続部材４４に２つずつ設けられた接続端子４５によって、第１整流素子５０Ａ及び第２整流素子５０Ｂのリード電極５６と接続している。接続部材４４は、各相に対応して１つずつ設けられており、合計６個設けられている。接続部材４４によって、接続部４４Ａと各リード電極５６を接続するために、同じ相の第１整流素子５０Ａと第２整流素子５０Ｂとは互いに近接した位置に設けられている。

図６及び図７に示すように、接続端子４５は、板状の部材を途中で垂直に折り曲げることで形成されており、リード電極５６と接続される接続面４５Ａと、接続部材４４と接続面４５Ａとを繋ぐ繋ぎ部４５Ｂとを有している。接続面４５Ａは、リード電極５６の外径よりも幅広で、リード電極５６に沿っており、リード電極５６の先端部に溶接等によって接続されている。

繋ぎ部４５Ｂは、接続面４５Ａから垂直に折れ曲がっており、放熱板４１と平行になっている。繋ぎ部４５Ｂは、平面視台形状になっており、接続部材４４側が幅広で、接続面４５Ａ側が幅狭になっている。繋ぎ部４５Ｂの中心には、三角形の冷却孔４６が板厚方向に貫通する孔として設けられている。冷却孔４６に風が通ることで、接続端子４５が進入した風によって冷却され、放熱性を上げることができる。特に、第２整流素子５０Ｂと接続される接続端子４５とリアカバー２５との間に通風の妨げになるものがないことから、より冷却されやすくなる。なお、冷却孔４６が「冷却部」に相当する。また、第１整流素子５０Ａ側の接続端子４５には、冷却孔４６を設けなくてもよい。

次に、第１放熱板４１Ａと第２放熱板４１Ｂとの配置について詳細に説明する。図１及び図２に示すように、第１放熱板４１Ａと第２放熱板４１Ｂとは、軸線方向に重なる位置に配されている。第１放熱板４１Ａの第１整流素子５０Ａの中心位置を通る円Ｏ１は、第２放熱板４１Ｂの第２整流素子５０Ｂの中心位置を通る円Ｏ２よりも小さく、径方向内側に位置している。また、第２整流素子５０Ｂの中心位置を通る円Ｏ２は、第１放熱板４１Ａの外周円よりも大きくなっている。つまり、第２放熱板４１Ｂは、その一部が第１放熱板４１Ａよりも径方向外側にはみ出るように配置されている。また、第１放熱板４１Ａの径方向の幅寸法Ｒ１よりも、第２放熱板４１Ｂの径方向の幅寸法Ｒ２が大きくなっている。そのため、第１放熱板４１Ａの表面積よりも第２放熱板４１Ｂの表面積が大きくなっている。

また、第２放熱板４１Ｂにおいて第２整流素子５０Ｂから第２放熱板４１Ｂの外縁までの径方向距離Ｌ２が、第１放熱板４１Ａにおいて第１整流素子５０Ａから第１放熱板４１Ａの外縁までの径方向距離Ｌ１よりも大きい。ここで、整流素子５０から放熱板４１の外縁までの径方向距離とは、整流素子５０の直径を放熱板４１の外縁方向に延ばした線上の距離であって、整流素子５０と放熱板４１の外縁までの最短距離となっている。第２放熱板４１Ｂにおいて、第１放熱板４１Ａと重ならない外側部分を拡張することで、第２放熱板４１Ｂが第１放熱板４１Ａと重ならず、直接風が当って熱を逃しやすい領域を増やすことができる。

第１放熱板４１Ａは、上記のように、第２放熱板４１Ｂに重ならないように（第２放熱板４１Ｂを隠さないように）、径方向の幅寸法Ｒ１を小さくしている。そのため、放熱のための表面積が小さくなっている。そこで、第１放熱板４１Ａには放熱リブ４７を設けている。放熱リブ４７は、第１放熱板４１Ａのリアカバー２５側の面と、第１放熱板４１Ａの外縁部から径方向内側及び径方向外側に突出するように設けられている。放熱リブ４７は、第２放熱板４１Ｂと軸線方向に重なる部分にも設けられているが、第２整流素子５０Ｂとはほとんど重ならないようになっている。このように放熱リブ４７を設けることで、第１放熱板４１Ａの外径を大きくする場合に比べて、第２放熱板４１Ｂを重なる面積を減らしつつ、適正なる放熱性を実現できる。また、放熱リブ４７が、第２整流素子５０Ｂとは、重ならないようになっていることで、放熱リブ４７が第２整流素子５０Ｂの接続に干渉することがなく、また第２整流素子５０Ｂの接続端子４５からの放熱の妨げとならないようになっている。

本実施形態では、放熱性の低い第２整流素子５０Ｂを相対的に温度が高いフレーム部材２０側に用いていることで、第２ＭＯＳＦＥＴ５１Ｂの動作保証温度を超えるというおそれがあった。そこで、第２放熱板４１Ｂの表面積を第１放熱板４１Ａの表面積よりも大きくし、第２放熱板４１Ｂに直接風が当るようになっていることで、放熱効率を向上させることができる。そのため、接地電位ベース電極５５Ｂ側からの放熱を行いやすくしている。また、第２整流素子５０Ｂのリード電極５６に接続された接続端子４５には、冷却孔４６が設けられていることで、接続端子４５からも放熱を行うことができることから、リード電極５６側からも放熱を行っている。このように、第２整流素子５０Ｂの放熱効率を向上させることで、第２ＭＯＳＦＥＴ５１Ｂを動作保証温度内で正常に利用することができる。また、第１放熱板４１Ａについても、放熱リブ４７を設けることで、表面積が小さいながらも放熱効率を向上させており、第１整流素子５０Ａからの放熱を適正に行うことができる。

以上詳述した本実施形態によれば、以下の優れた効果が得られる。

回転電機１０の整流回路３０において、整流素子として、ダイオードに代えてＭＯＳＦＥＴを用いる場合には、動作保証温度が下がるため、放熱効率を上げることが重要になる。また、第１整流素子５０Ａと第２整流素子５０Ｂとでは、各放熱板４１の配置と、各整流素子５０におけるＭＯＳＦＥＴ５１の配置とに起因して、放熱性が異なっており、第２整流素子５０Ｂの方が、放熱性が低いと考えられる。つまり、第２整流素子５０Ｂが設けられる第２放熱板４１Ｂは接地電位側であり、接地電位となるフレーム部材２０との接続の都合上、第１放熱板４１Ａよりもフレーム部材２０の側に設けられる。そのため、第２放熱板４１Ｂは、第１放熱板４１Ａよりも放熱性が低くなると考えられる。

また、ＭＯＳＦＥＴ５１では、一方の面にゲート電極５１Ｇとソース電極５１Ｓが設けられるとともに、他方の面にドレイン電極５１Ｄが設けられている。特にゲート電極５１Ｇとソース電極５１Ｓが設けられる側では、ゲート電極５１Ｇの電気接続エリアの確保のためにブロック電極５７が設けられることが考えられる。かかる場合、高電位ベース電極５５Ａ上にドレイン電極５１Ｄが設けられる第１整流素子５０Ａと、接地電位ベース電極５５Ｂ上にブロック電極５７を介してソース電極５１Ｓが設けられる第２整流素子５０Ｂとを比べると、第２整流素子５０Ｂの方が、放熱性が低くなると考えられる。

そこで、本実施形態では、第１放熱板４１Ａの表面積よりも第２放熱板４１Ｂの表面積が大きくなるようにして、第２放熱板４１Ｂの放熱効率を上げている。このようにすることで、放熱効率の悪い第２整流素子５０Ｂに対しても放熱効率を上げることができる。

回転電機本体１４に設けられた回転軸１２を避けつつ、放熱のための表面積を確保するために、各放熱板４１は、円弧状になっている。そこで、第１放熱板４１Ａの径方向の幅寸法Ｒ１よりも、第２放熱板４１Ｂの径方向の幅寸法Ｒ２が大きくなることで、第１放熱板４１Ａと第２放熱板４１Ｂとが軸線方向に重なる位置に設けられていても、第２放熱板４１Ｂの放熱エリアを確保できる。また、表面積自体も、第１放熱板４１Ａよりも第２放熱板４１Ｂの方が大きくなる。そのため、第２放熱板４１Ｂの放熱効率を上げることができる。

また、本実施形態では、第１放熱板４１Ａよりも軸方向内側に配置される第２放熱板４１Ｂにおいて、第１放熱板４１Ａに重ならない外側部分を拡張することで、第２放熱板４１Ｂでの放熱効率を上げることができる。なお、第１放熱板４１Ａにおいては、第２放熱板４１Ｂに比べて、第１整流素子５０Ａから径方向外側の部分が小さくなっているため、第２放熱板４１Ｂに装着される第２整流素子５０Ｂに干渉する等の不都合を抑制できる。

また、本実施形態では、第１放熱板４１Ａに放熱リブ４７を設けている。第１放熱板４１Ａにより第２放熱板４１Ｂが隠される部分を少なくしつつ、第１放熱板４１Ａの放熱効率を上げることができる。また、第１放熱板４１Ａにおいて径方向外側の部分が小さくなっていても、第２整流素子５０Ｂとの干渉を避けつつ適正なる放熱性を実現できる。

第２整流素子５０Ｂは、接地電位ベース電極５５Ｂとは第２ＭＯＳＦＥＴ５１Ｂを挟んで反対側にリード電極５６を有している。そして、このリード電極５６と接続する接続端子４５には、風によって冷却される冷却孔４６が設けられており、冷却孔４６が風を通して冷却されることで、接続端子４５の放熱性を上げることができる。そのため、リード電極５６を介して、第２整流素子５０Ｂの熱を接続端子４５にも伝えることができ、リード電極５６側からも放熱することができる。

＜他の実施形態＞
本発明は、上記実施形態に限定されず、例えば以下のように実施してもよい。ちなみに、以下の別例の構成を、上記実施形態の構成に対して、個別に適用してもよく、また、任意に組み合わせて適用してもよい。

・上記実施形態では、接続端子４５の繋ぎ部４５Ｂを台形状とし、冷却部として三角形の冷却孔４６を設ける構成としたが、これを変更してもよい。

図８に示すように、接続端子４５の繋ぎ部４５Ｂには、幅方向外側に突出する冷却部４８が設けられている。冷却部４８の部分では、繋ぎ部４５Ｂが接続面４５Ａよりも幅方向に大きくなっており、冷却部４８に風が当たりやすくなるため、接続端子４５の放熱効率を向上させることができる。

・上記実施形態では、放熱板４１は円弧状をしていたが、矩形状等他の形状であってもよい。

１０…回転電機、１１…回転子、１２…回転軸、１３…固定子、１４…回転電機本体、２０…フレーム部材、２５…リアカバー、３０…整流回路、３１…上アーム、３２…下アーム、４０…レクチファイヤ、４１Ａ…第１放熱板、４１Ｂ…第２放熱板、４３…端子台、４５…接続端子、４６…冷却孔、５０Ａ…第１整流素子、５０Ｂ…第２整流素子、５１Ａ…第１ＭＯＳＦＥＴ、５１Ｂ…第２ＭＯＳＦＥＴ、５１Ｄ…ドレイン電極、５１Ｇ…ゲート電極、５１Ｓ…ソース電極、５５Ａ…高電位ベース電極、５５Ｂ…接地電位ベース電極、５６…リード電極、５７…ブロック電極。

Claims (5)

1. 回転子（１１）の回転に伴い固定子（１３）にて交流電流を生じさせる回転電機本体（１４）と、
   前記回転電機本体を保持し、接地部材に接続されるフレーム部材（２０）と、
   前記フレーム部材よりも軸線方向外側に設けられ、前記固定子にて生じた交流電流を整流する整流回路（３０）を構成するレクチファイヤ（４０）と、を備え、
   前記レクチファイヤは、
   互いに軸線方向に重なる位置に設けられる第１放熱板（４１Ａ）及び第２放熱板（４１Ｂ）と、
   前記第１放熱板に装着され、前記整流回路の上アーム（３１）に用いられる第１整流素子（５０Ａ）と、
   前記第２放熱板に装着され、前記整流回路の下アーム（３２）に用いられる第２整流素子（５０Ｂ）と、
   を備えており、
   前記第１整流素子は、前記第１放熱板に固定され前記上アームの高電位側に接続される高電位ベース電極（５５Ａ）と、その高電位ベース電極上にドレイン電極（５１Ｄ）が設けられる第１ＭＯＳＦＥＴ（５１Ａ）と、を有し、
   前記第２整流素子は、前記第２放熱板に固定され前記下アームの接地電位側に接続される接地電位ベース電極（５５Ｂ）と、その接地電位ベース電極上にスペーサ（５７）を介してソース電極（５１Ｓ）が設けられる第２ＭＯＳＦＥＴ（５１Ｂ）と、を有し、
   前記第１放熱板及び前記第２放熱板のうち前記第２放熱板が前記フレーム部材の側に設けられており、
   前記第２放熱板の表面積が、前記第１放熱板の表面積よりも大きい回転電機。
2. 前記第１放熱板と前記第２放熱板とは、円弧状をなしており、その周方向に前記整流素子が並べて配置されており、
   前記第１放熱板の径方向の幅寸法よりも前記第２放熱板の径方向の幅寸法が大きくなっている請求項１に記載の回転電機。
3. 前記第２放熱板は、一部が前記第１放熱板よりも径方向外側にはみ出るように配置されており、前記第２放熱板において前記第２整流素子から前記第２放熱板の外縁までの径方向距離が、前記第１放熱板において前記第１整流素子から前記第１放熱板の外縁までの径方向距離よりも大きい請求項２に記載の回転電機。
4. 前記第１放熱板は、径方向外側であって、かつ軸線方向に前記第２放熱板と重なる部分に放熱リブ（４７）を有している請求項３に記載の回転電機。
5. 前記レクチファイヤを覆い、通風用の孔（２６）を有するリアカバー（２５）を備えており、
   前記レクチファイヤには、端子台（４３）が設けられており、
   前記第２整流素子は、前記第２ＭＯＳＦＥＴに対して前記接地電位ベース電極と反対側に設けられるリード電極（５６）を有しており、
   前記端子台には、前記リード電極と前記固定子とを接続する接続端子（４５）が設けられており、
   前記接続端子には、前記通風用の孔から進入した風によって冷却される冷却部（４６）が設けられている請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の回転電機。

Images