JP4100366B2 - 車両用交流発電機の整流装置 - 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の整流装置に関する。

車両用交流発電機は、固定子巻線に発生した交流電圧を整流して直流電圧に変換するために整流装置が用いられている。この整流装置の従来構造としては、外形寸法を抑えるために、正極側放熱フィンと負極側放熱フィンとを重ねて配置するとともに、一方の放熱フィンに取り付けられた整流素子のリードを他方の放熱フィンに形成した穴を通して引き出したものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。このような構造を採用することにより、正極側放熱フィンに取り付けられた整流素子のリードと負極側放熱フィンに取り付けられた整流素子のリードとを同一方向に引き出すことができ、これらの各リードを端子台のターミナル電極に接合して所定の整流回路を構成することが可能になる。
特開２００２−１１９０２８号公報（第３−５頁、図１−１１）

ところで、特許文献１に開示された整流装置では、車両用交流発電機の回転軸方向の寸法も短くして発電機全体の小型化を図ろうとすると、一方の放熱フィンに取り付けられた整流素子と、穴が開けられた側の放熱フィンとの間隔が接近することになるが、この間隔が接近しすぎるとこれらの間の隙間が小さくなり、この隙間に泥や塩などの異物が溜まって整流素子が腐食したり、この隙間を通して流れる冷却風の通風抵抗が増して整流素子の温度が上昇して寿命を低下させたりするため、整流装置の耐久性が悪化するという問題があった。

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、耐久性を向上させ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、本発明の車両用交流発電機の整流装置は、回転軸方向に沿って所定の間隔を隔てて重ねて配置された第１および第２の放熱フィンと、第１の放熱フィンに取り付けられた第１の整流素子と、第２の放熱フィンに取り付けられた第２の整流素子と、第１および第２の整流素子を配線する端子台とを備え、第２の放熱フィンは、第１の放熱フィンに取り付けられた第１の整流素子に対応する位置に、第１の放熱フィン側の開口面積が反対側の開口面積よりも大となる開口部を有している。これにより、一方の放熱フィンに取り付けられた整流素子近傍の隙間を拡大することができるため、開口部近傍の２つの放熱フィン間の隙間に泥や塩などの異物が溜まって整流素子を腐食したり、これに伴って冷却風の通風抵抗が増して整流素子の温度が上昇して寿命を低下させることを防止することができ、整流装置の耐久性を向上させることができる。

また、上述した第１の整流素子は、第１の放熱フィンの表面よりも第２の放熱フィン側に突出する凸部を有することが望ましい。凸部を有する場合には凸部とこれに対向する放熱フィンとの間の隙間にさらに異物が溜まりやすくなるが、凸部に対応する位置に形成された開口部の開口面積を凸部側を大とすることによりこの隙間での異物の滞留を有効に防止することが可能になる。

また、上述した開口部の第１の放熱フィン側の開口面積は、回転軸方向と垂直な第１の整流素子の横断面積よりも大であることが望ましい。これにより、整流素子と放熱フィンとの間での異物の滞留を確実に防止することができる。

また、上述した開口部の第１の放熱フィン側の開口面積は、回転軸方向と垂直な凸部の横断面積よりも大であることが望ましい。これにより、整流素子に形成された凸部と放熱フィンとの間での異物の滞留を確実に防止することができる。

また、上述した第１の整流素子は、第２の放熱フィンに設けられた開口部を通して延在するリード部を有することが望ましい。整流素子と放熱フィンとの間への異物の滞留がなくなることにより、開口部を通して延在するリード部が異物を介してその周囲の放熱フィンと短絡することを防止することができ、長期にわたって良好な整流特性を維持することが可能となる。

また、上述した第２の整流素子のリード部は、第１の整流素子のリード部と回転軸方向に沿って同一方向を向いており、第１および第２の整流素子の各リード部は、第１のおよび第２の放熱フィンに挟まれた空間の外部において端子台によって配線されていることが望ましい。これにより、端子台を２種類の放熱フィンで挟まれた空間の外部に配置することができるため、端子台と反対側から導入される冷却風をこれら２種類の放熱フィンに効率よく当てることができる。また、このような放熱フィンと端子台の配置を実現した場合には、一方の放熱フィンに取り付けられた整流素子のリード部が他方の放熱フィンと交差することになるが、この交差部近傍の隙間における異物の滞留をなくすことができるため、このような構造の整流装置の耐久性を向上させることができる。

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、図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、一実施形態の車両用交流発電機の全体構成を示す断面図である。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６個の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、フロント側から吸い込んだ冷却風を軸方向および径方向に吐き出すために軸流式の冷却ファン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、リヤ側から吸い込んだ冷却風を径方向に吐き出すために遠心式の冷却ファン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５０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打ち込み孔に圧入することにより取り付けられた複数個の整流素子５４、５５とを含んで構成されている。整流装置５は２枚の放熱フィン５２、５３を電気的に絶縁して積層配置して構成されている。整流装置５は、車両用交流発電機１の回転軸３３を中心としてほぼＣ字形あるいはＵ字形と呼びうる形状に構成されている。整流装置５は、その周方向に沿って離れた複数の位置において、少なくとも正極側放熱フィン５２をフレーム６から電気的に絶縁する部材を介してボルトなどの固定手段によりフレーム６に固定されている。整流装置５の詳細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。

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の部分的な拡大断面図である。

図２に示すように、負極側放熱フィン５３には、整流素子５５を圧入して取り付けるための打ち込み孔が形成されている。この打ち込み孔は貫通孔であって、その直径は、整流素子５５の外形よりも若干小さな値に設定されている。整流素子５５は、負極側放熱フィン５３とほぼ同じ厚みを有する金属材料（例えば銅）の円筒状台座１６０上に半導体ペレット１６２の一方の面を半田付けし、さらこの半導体ペレット１６２の他方の面にリード部１６４を半田付けすることにより形成されている。上述した半導体ペレット１６２の周囲は、円筒状の樹脂リング１６６によって覆われており、半導体ペレット１６２の全体を保護するためにその内部にシリコン樹脂等の保護層が充填されている。円筒状の樹脂リング１６６は、負極側放熱フィン５３の表面よりも正極側放熱フィン５２側に突出する凸部となる。また、上述した台座１６０の外周には、ローレット部１６８が形成されている。このローレット部１６８の外径を、負極側放熱フィン５３に形成された打ち込み孔の内径よりも若干小さく形成することにより、打ち込み孔に整流素子５５の台座１６０を圧入した際にこれらがローレット部１６８の変形を伴って結合される。なお、これらの詳細構造や取り付け方法については正極側放熱フィン５２と整流素子５４についても同様である。

ところで、上述した負極側放熱フィン５３と正極側放熱フィン５２は、回転軸３３に沿った方向に所定間隔を隔てて重ねて配置されており、これらに挟まれた空間の外部に配置された端子台５１の配線用電極５０に整流素子５４、５５の各リード部が電気的に接続されている。このように、正極側放熱フィン５２を挟んで反対側に負極側放熱フィン５３に取り付けられた整流素子５５と端子台５１とが配置されており、整流素子５５のリード部１６４を端子台５１の配線用電極５０に接続するために、正極側放熱フィン５２に開口部１５０が形成されている。

開口部１５０は、負極側放熱フィン５３に取り付けられた整流素子５５に対応する位置に、例えば貫通孔として形成されている。この開口部１５０は、負極側放熱フィン５３側の開口面積が反対側（端子台５１側）の開口面積よりも大となる段付きの断面形状を有している。例えば、開口部１５０の端子台５１側の直径は、整流素子５５の樹脂リング１６６の直径とほぼ同じ値に設定されており、開口部１５０の負極側放熱フィン５３側の直径は、整流素子５５の樹脂リング１６６およびローレット部１６８のそれぞれの直径よりも大きな値に設定されている。

整流素子５５のリード部１６４は、このような形状を有する開口部１５０のほぼ中央を通して延在して端子台５１の配線用電極５０に到達し、電気的に接続されている。この実施形態では、リード部１６４は正極側放熱フィン５２に開設された開口部１５０を貫通している。一方の放熱フィンである負極側放熱フィン５３に搭載された整流素子５５から延びるリード部１６４は、他方の放熱フィンである正極側放熱フィン５２のリア側とフロント側との間をまたいで延びており、正極側放熱フィン５２の反負極側放熱フィン５３側に設けられた端子台５１に設けた配線用電極５０に電気的に接続されている。また、この配線用電極５０には、整流素子５４のリード部も電気的に接続されている。このようにして各整流素子５４、５５が接続されて整流回路が構成されている。この実施形態では、２枚の放熱フィンのうち、一方の放熱フィンには、それら放熱フィンの間に向けて伸び出すリード部を備えた整流素子が搭載されている。このリード部は、他方の放熱フィンのさらに外側に配置された電極に接続されるべく、他方の放熱フィンに設けられた開口部を通して延びている。開口部は、一方の放熱フィン側の表面において大きく開口し、その反対側の表面において小さく開口するように形成されている。開口部は、一方の放熱フィン側において、リードの両面において開口を区画している。この結果、他方の放熱フィンとリード部との間の距離は、一方の放熱フィン側の表面において長く、反対側の表面において短くされる。他方の放熱フィンは、一方の放熱フィン側に向けて拡がる開口部を区画している。

このように、整流素子５５のリード部１６４を貫通させる正極側放熱フィン５２の開口部１５０を段付き形状に形成して整流素子５５側の開口面積を大きくすることにより、整流素子５５近傍の隙間を拡大することができるため、開口部１５０近傍の２種類の放熱フィン５２、５３間の隙間に泥や塩などの異物が溜まって整流素子５５を腐食したり、これに伴って冷却風の通風抵抗が増して整流素子５５の温度が上昇して寿命を低下させることを防止することができ、整流装置５の耐久性を向上させることができる。

また、凸部となる樹脂リング１６６が整流素子５５に形成されている場合であっても、この樹脂リング１６６とこれに対向する正極側放熱フィン５２との間の隙間に対する異物の滞留を有効に防止することが可能になる。

また、開口部１５０の負極側放熱フィン５３側の開口面積を、回転軸３３方向と垂直な整流素子５５の横断面積（ローレット部１６８の断面積）や、凸部である樹脂リング１６６の横断面積よりも大とすることにより、整流素子５５と正極側放熱フィン５２との間での異物の滞留を確実に防止することができる。

また、整流素子５５と正極側放熱フィン５２との間への異物の滞留がなくなることにより、開口部１５０を貫通するリード部１６４が異物を介してその周囲の正極側放熱フィン５２と短絡することを防止することができ、長期にわたって良好な整流特性を維持することが可能となる。

また、本実施形態の整流装置５では、整流素子５４、５５の各リード部が回転軸３３方向に沿って同一方向を向いており、正極側放熱フィン５２と負極側放熱フィン５３に挟まれた空間の外部において端子台５１によって配線されている。このように端子台５１を２種類の放熱フィン５２、５３で挟まれた空間の外部に配置することにより、端子台５１と反対側（リヤカバー７側）から導入される冷却風をこれら２種類の放熱フィン５２、５３に効率よく当てることができる。また、このような放熱フィン５２、５３と端子台５１の配置を実現した場合には、一方の負極側放熱フィン５３に取り付けられた整流素子５５のリード部１６４が他方の正極側放熱フィン５２と交差することになるが、段付き形状の開口部１５０を設けることにより、この交差部近傍の隙間における異物の滞留をなくすことができるため、このような構造の整流装置５の耐久性を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。例えば、上述した実施形態では、正極側放熱フィン５２に段付き形状の開口部１５０を形成したが、これ以外の断面形状として、一方の放熱フィンとしての負極側放熱フィン５３に向けて拡がる形状の開口部を採用してもよい。

図３は、正極側放熱フィン５２に形成された開口部の変形例を示す図である。図３に示す変形例では、正極側放熱フィン５２に形成された開口部１５２は、負極側放熱フィン５３側の開口面積が反対側（端子台５１側）の開口面積よりも次第に大となるように傾斜した側面を有している。このようないわゆるテーパ孔形状の開口部１５２を採用する場合にも段付き形状の開口部１５０と同様の効果を得ることができる。

図４は、正極側放熱フィン５２に形成された開口部の他の変形例を示す図である。図４に示す変形例では、正極側放熱フィン５２に形成された開口部１５４は、負極側放熱フィン５３側の開口面積が反対側（端子台５１側）の開口面積よりも途中から次第に大となるように傾斜した側面を有している。端子台５１側の一部をストレート孔形状に、残りの部分をテーパ孔形状にした開口部１５４を採用する場合にも段付き形状の開口部１５０と同様の効果を得ることができる。

また、上述した実施形態では、貫通孔として開口部１５０を形成したが、正極側放熱フィン５２の外縁から延びるスリット状の開口部を採用してもよい。例えば、図５に示すように、正極側放熱フィン５２の径方向外側の外周縁部から径方向内側へ向けて延びる溝部としての段付き形状やテーパ孔形状の開口部１５６を採用してもよい。

また、上述した実施形態では、負極側放熱フィン５３と端子台５１の間に正極側放熱フィン５２を配置したが、正極側放熱フィン５２と端子台５１の間に負極側放熱フィン５３を配置する場合には負極側放熱フィン５３に段付き形状等の開口部を形成し、正極側放熱フィン５２に搭載した整流素子のリード部を当該開口部に通して配置することにより本発明を適用することができる。

一実施形態の車両用交流発電機の全体構成を示す断面図である。 整流装置の部分的な拡大断面図である。 正極側放熱フィンに形成された開口部の変形例を示す図である。 正極側放熱フィンに形成された開口部の他の変形例を示す図である。 正極側放熱フィンに形成された開口部の他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
５ 整流装置
５０ 配線用電極
５１ 端子台
５２ 正極側放熱フィン
５３ 負極側放熱フィン
５４、５５ 整流素子
１５０ 開口部
１６０ 台座
１６２ 半導体ペレット
１６４ リード部
１６８ ローレット部

Claims (3)

1. 回転軸方向に沿って所定の間隔を隔てて重ねて配置された第１および第２の放熱フィンと、
   前記第１の放熱フィンに取り付けられた第１の整流素子と、
   前記第２の放熱フィンに取り付けられた第２の整流素子と、
   前記第１および第２の整流素子を配線する端子台と、を備え、
   前記第２の放熱フィンは、前記第１の放熱フィンに取り付けられた前記第１の整流素子に対応する位置に、前記第１の放熱フィン側の開口面積が反対側の開口面積よりも大となる円形の開口部を有し、
   前記第１の整流素子は、前記第１の放熱フィンの表面よりも前記第２の放熱フィン側に突出する樹脂リングおよびローレット部からなる凸部を有し、
   前記開口部の前記第１の放熱フィン側の直径は、前記第１の整流素子の凸部の直径よりも大きな値に設定されており、かつ
   前記開口部は、前記第２の放熱フィンの径方向外側の外周縁部から径方向内側へ向けて延びる溝部としての開口部（１５６）を有するスリット状であることを特徴とする車両用交流発電機の整流装置。
2. 請求項１において、
   前記第１の整流素子は、前記第２の放熱フィンに設けられた前記開口部を通して延在するリード部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。
3. 請求項２において、
   前記第２の整流素子のリード部は、前記第１の整流素子のリード部と前記回転軸方向に沿って同一方向を向いており、
   前記第１および第２の整流素子の各リード部は、前記第１および第２の放熱フィンに挟まれた空間の外部において前記端子台によって配線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。

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