JP4111162B2 - 車両用交流発電機 - Google Patents

Description

本発明は、車両用交流発電機に係わり、特に、整流装置の冷却性向上に関する。

近年、車両用交流発電機では、高出力化の要求に伴い、通電電流の増加により発熱量が増大する整流素子に対し、冷却性向上が重要課題となっている。冷却性向上を図る手段として、ファン能力を向上させることが考えられるが、ファン能力の向上は、ファン騒音が悪化することになり、車室内の静粛性を考慮すると、むやみにファン能力を向上することは妥当な手段とは言えない。

これに対し、例えば、特許文献１及び特許文献２では、リヤフレームと保護カバーとの間に冷却風を取り込むための開口部が形成され、また、整流素子が取り付けられるホルダフィンとリヤフレームとの間に通風路が形成されて、開口部より流入した外気が通風路を流れることで整流素子を冷却する構成が示されている。
特開２００１−３７１４２号公報 特許第３４３８５７７号公報

ところが、上記の公知技術では、整流素子が取り付けられるホルダフィンの裏側に通風路が形成されるため、開口部より流入した外気が直接整流素子に当たることはなく、十分な冷却効果が得られない。また、通風路を形成するリヤフレームとホルダフィンとの隙間が狭いため、内部に浸入した泥水等の排出性が悪くなり、特に、塩水による腐食を促進させる問題が発生する。
本発明は、上記事情に基づいて成されたもので、その目的は、ファン能力を向上させることなく、整流素子への冷却性向上を図ることができ、且つ、保護カバーの内部に浸入した泥水等の排出性を向上できる車両用交流発電機を提供することにある。

（請求項１の発明）
本発明の整流装置は、ホルダフィンに固定される整流素子を有し、この整流素子がフレームに対向して配置されると共に、フレームとの間に冷却風が通過できる隙間が形成されている。また、フレームと保護カバーとの間には、保護カバーの内部に冷却風を取り入れるための開口部が形成され、且つ、フレームの整流素子に対向する側には、冷却風が整流素子に直接当たるように、開口部より流入する冷却風を整流素子に向けて案内する傾斜面が設けられている。この傾斜面は、径方向内側の端部を起点とし、径方向外側の端部を終点とした時に、起点から終点に向かって整流装置との隙間が徐々に拡大するように設けられ、整流素子は、傾斜面の起点側を延長した延長線上より径方向外側に配置されていることを特徴とする。

上記の構成によれば、整流素子とフレームとの間に形成される隙間を冷却風（外気）が流れることができ、且つ、フレームに設けられた傾斜面により、開口部より流入した冷却風を整流素子に向けて流すことができる。その結果、冷却風を効果的に整流素子に当てることができるので、整流素子に対する冷却性能を向上できる。
また、冷却風を整流素子に直接当てるような傾斜面を設けたことで、冷却風が整流素子に当たり易くするために、整流素子とフレームとの間に形成される隙間を必要以上に狭く形成しなくても良いため、内部に浸入した泥水等の排出性も向上する。
整流素子は、傾斜面の起点側を延長した延長線上より径方向外側に配置されている。これにより、傾斜面に沿って流れる冷却風を効果的に整流素子に当てることができ、冷却性を向上できる。

（請求項２の発明）
請求項１に記載した車両用交流発電機において、整流素子は、接続用のリード部が設けられる一端側と反対側の端面（底面）が、ホルダフィンのフレーム側の表面より露出した状態で、ホルダフィンに圧入固定されていることを特徴とする。
上記の構成によれば、傾斜面に沿って流れる冷却風を整流素子の底面に直接当てることができるので、整流素子の発熱を効果的に抑制できる。

（請求項３の発明）
請求項１または２に記載した車両用交流発電機において、傾斜面は、径方向内側の端部を起点とし、径方向外側の端部を終点とした時に、起点から終点に向かって、整流装置との隙間が次第に拡大する緩やかな凸曲面として設けられていることを特徴とする。
この構成によれば、凸曲面（傾斜面）の起点から終点に向かって、凸曲面と整流装置との隙間が徐々に拡大するので、凸曲面と整流装置との間に泥水等が留まることはなく、泥水等の排出性が向上する。

（請求項４の発明）
請求項１〜３に記載した何れかの車両用交流発電機において、ホルダフィンは、フレーム側の表面に複数の放熱リブが設けられ、この複数の放熱リブが、冷却風の流れ方向に沿って延設されていることを特徴とする。
この場合、ホルダフィンの放熱面積が増大することで、放熱性能を向上できる。また、隣合う放熱リブ同士の間に、内部に浸入した泥水等を排出するための排出通路を形成できるので、泥水等の排出性が更に向上する。

（請求項５の発明）
請求項４に記載した車両用交流発電機において、放熱リブの高さが、傾斜面に沿って、径方向内側より径方向外側の方が高くなる様に設けられていることを特徴とする。
この場合、放熱リブの放熱面積が増大するので、より放熱性能を向上できる。

本発明を実施するための最良の形態を以下の実施例により詳細に説明する。

図１は車両用交流発電機１の全体断面図である。
実施例１に係る車両用交流発電機１は、以下に説明する固定子２、回転子３、ブラシ４、フレーム５、６、整流装置７、及び保護カバー８等より構成される。
固定子２は、フレーム５、６に支持される円環状の固定子コア２ａと、この固定子２に巻線された電機子巻線２ｂとで構成され、回転子３の回転に伴い、電機子巻線２ｂに交流電圧が誘起される。なお、電機子巻線２ｂは、例えば、Ｙ結線あるいはΔ結線された三組の電機子コイルから成る。

回転子３は、プーリ９を介してエンジン（図示せず）の回転力が伝達される回転軸３ａと、この回転軸３ａに固定される一組のポールコア３ｂ（磁極）と、このポールコア３ｂに巻線される界磁巻線３ｃとで構成される。なお、プーリ９は、回転軸３ａの一端側端部に固定され、ベルト（図示せず）を介してエンジンのクランクプーリ（図示せず）に連結されている。
ポールコア３ｂの軸方向両端面には、それぞれ冷却ファン１０、１１が固定され、回転子３と一体に回転することで、フレーム５、６の外部より冷却風（外気）を吸入する。

ブラシ４は、回転軸３ａの他端側に設けられたスリップリング１２に摺接して、界磁巻線３ｃに励磁電流を供給する。
フレーム５、６は、軸受１３を介して回転軸３ａの一端側を支持するフロントフレーム５と、軸受１４を介して回転軸３ａの他端側を支持するリヤフレーム６とで構成され、両フレーム５、６間に固定子コア２ａを挟持した状態で、複数本のボルト１５により締め付け固定されている。なお、フロントフレーム５には、冷却風を取り入れるための吸気窓５ａと、冷却風を排出するための排気窓５ｂが形成されている。同様に、リヤフレーム６にも、冷却風を取り入れるための吸気窓６ａと、冷却風を排出するための排気窓６ｂが形成されている。

整流装置７は、電機子巻線２ｂに誘起される交流電圧を全波整流して直流電圧に変換するもので、マイナス電位のホルダフィン７ａに固定された負極側の整流素子７ｂ（ダイオード）と、プラス電位のホルダフィン７ｃに固定された正極側の整流素子（図示せず）とで構成され、図１に示す様に、リヤフレーム６の軸方向外側に配置されて、リヤフレーム６にボルト１６を締め付けて固定されている。

ここで、負極側の整流素子７ｂは、例えば、アルミニウム製のホルダフィン７ａに圧入固定されて、電機子巻線２ｂに接続されるリード部７ｂ１が一端側端面より取り出され、リード部７ｂ１と反対側の他端側端面（底面７ｂ２）がホルダフィン７ａの表面より露出している。
また、ホルダフィン７ａは、図１に示す様に、圧入固定された整流素子７ｂの底面７ｂ２が、リヤフレーム６の軸方向外壁面に対向する様に配置され、その軸方向外壁面との間に冷却風が通過できる隙間１７が形成されている。

保護カバー８は、例えば、樹脂成形品であり、上記の整流装置７、ブラシ４、及び、発電機１の出力電圧を所定の電圧に調整する電圧調整器１８等を覆って、ホルダフィン７ａと共に、上記のボルト１６でリヤフレーム６に固定されている。
この保護カバー８の径方向外周部には、リヤフレーム６との間に冷却風を取り入れるための開口部８ａ（図１参照）が複数箇所形成されている。また、保護カバー８の軸方向壁面にも、冷却風を取り入れるための通気窓８ｂが形成されている。

開口部８ａに対応するリヤフレーム６の整流装置７側の外周部には、開口部８ａより流入する冷却風を負極側の整流素子７ｂに向けて流れるように案内する傾斜面６ｃが形成されている。この傾斜面６ｃは、例えば、図２に示す様に、径方向内側の端部を起点６ｃ１とし、径方向外側の端部を終点６ｃ２とした時に、起点６ｃ１から終点６ｃ２に向かって、傾斜面６ｃとホルダフィン７ａとの隙間１７が徐々に拡大する様に設けられている。

また、傾斜面６ｃの傾斜角度は、傾斜面６ｃに沿って流入する冷却風が、整流素子７ｂの底面７ｂ２に有効に当たる様に決められている。具体的には、図２に破線で示す様に、傾斜面６ｃの起点６ｃ１側を延長した延長線を仮想した場合に、その延長線がホルダフィン７ａと交わる位置より径方向外側（図２の下側）に整流素子７ｂが配置される様に、傾斜面６ｃの傾斜角度が決められている。

次に、実施例１の作用及び効果を説明する。
エンジンより回転力が伝達されて回転子３が回転すると、この回転子３と一体に回転する冷却ファン１０、１１により、図１に示す様に、冷却風Ａ、Ｂ、Ｃが発生する。ここで、フロント側の冷却ファン１０によって発生する冷却風Ａは、フロントフレーム５の吸気窓５ａからフロントフレーム５の内部へ流入し、フロントフレーム５の排気窓５ｂより流出する。

一方、リヤ側の冷却ファン１１によって発生する冷却風Ｂは、保護カバー８に形成された通気窓８ｂより保護カバー８の内部へ流入した後、更に、リヤフレーム６の吸気窓６ａを通ってリヤフレーム６の内部へ流入し、リヤフレーム６の排気窓６ｂより流出する。
また、リヤ側の冷却ファン１１によって発生する冷却風Ｃは、保護カバー８に形成された開口部８ａより保護カバー８の内部へ流入した後、リヤフレーム６の吸気窓６ａを通ってリヤフレーム６の内部へ流入し、リヤフレーム６の排気窓６ｂより流出する。

冷却ファン１０、１１は、少なくとも遠心ファンとしての機能を有する。リヤ側の冷却ファン１１は、フロント側の冷却ファン１０よりも大きいブレードを有する。冷却ファン１０、１１のそれぞれは、ポールコア３ｂの軸方向端面に固定された環状のベース部分と、このベース部分から立設された複数のブレードとを有する。複数のブレードは、環状の列をなし、その径方向内側に吸入空間を形成する。冷却ファン１０、１１は、軸方向に沿って、車両用交流発電機１の両端から空気を吸入し、径方向外側へ向けて吹き出す。

リヤ側の冷却ファン１１は、フレーム６の軸方向端面の壁面を貫通して設けられた複数の吸気窓６ａを通して空気を吸入する。吸気窓６ａは、複数の略扇状の開口からなり、フレーム６の中央に配置された軸受１４を支持するためのベアリングボックスの周囲に配置されている。このように、フレーム６と保護カバー８とは、それらの間に冷却風の通路を形成する。保護カバー８は、少なくともフレーム６の吸気窓６ａを覆う形状を有し、フレーム６の軸方向端面に配置され、固定されている。保護カバー８は、その皿状の壁面のうち、軸方向端面に設けられた複数の通気窓８ｂから空気を取り入れる。

さらに、保護カバー８は、その皿状の壁面のうち、外周縁部によって区画形成された外側開口部８ａからも空気を取り入れる。外側開口部８ａは、車両用交流発電機１の略円柱状の外形において、その径方向外側壁面において開口している。
外側開口部８ａは、図示されるように、保護カバー８の外周縁部とフレーム６との間に区画形成されることができる。外側開口部８ａは、Ｃ字形の整流装置７に対応して、略Ｃ字状の範囲にわたり、あるいは全周にわたって、スリット状に開口することができる。外側開口部８ａは、少なくとも、整流素子７ｂの配置位置に対応して、周方向に離れて間欠的に開口することができる。

保護カバー８内には、略板状の整流装置７が配置されている。整流装置７は、ホルダフィン７ａと、このホルダフィン７ａに固定された整流素子７ｂとによって、略板状に形成された部分を持っている。整流装置７の板状部分は、車両用交流発電機１の軸と直交する平面に沿って拡がる形状に形成されている。整流装置７の板状部分は、保護カバー８の外周部に沿って延びる略Ｃ字状に形成されている。整流装置７の板状部分には、互いに周方向に離れて複数の整流素子７ｂが配置されている。整流装置７の板状部分の径方向外側縁は、フレーム６の外径よりも小さい径内に配置されている。

保護カバー８の外周縁部も、フレーム６の外径よりも小さい径内に配置される。整流装置７の板状部分の径方向外側縁部は、保護カバー８の外周部とわずかな隙間を介して、ないしは保護カバー８の外周部と接触して配置されている。この結果、整流装置７の板状部分は、保護カバー８内で、保護カバー８内の空気を、その外周部において、軸方向区画する壁を提供する。整流装置７は、その板状部分が、フレーム６の軸方向端部の壁面との間に隙間を形成するように、フレーム６に保持されている。

整流装置７の板状部分とフレーム６との間に形成された隙間は、その径方向外側端が、保護カバー８によって提供される外側開口部８ａと連通し、その径方向内側端が、フレーム６によって提供される吸気窓６ａと連通している。整流装置７の板状部分とフレーム６との間に形成された隙間と、外側開口部８ａとは、径方向に沿って延びる空気通路を区画形成している。この空気通路は、図示されるように、径方向外側から径方向内側へ向けて車両用交流発電機１の軸方向の中央側から軸方向のリヤ側端部へ向かうように、わずかに偏って傾斜した通路を形成する。

上記の空気通路は、その径方向外側端において、径方向外側を指向する通路を区画形成する。空気通路は、その径方向外側端において、径方向外側から径方向に沿って直線的に空気流を受け入れるように開口し、且つ径方向に延在している。この空気通路を形成するフレーム６の壁面は、径方向外側から径方向内側へ向けて、整流装置７の板状部分へ徐々に接近する方向へ傾斜した傾斜面６ｃを形成している。傾斜面６ｃと整流装置７の板状部分とは、径方向外側から径方向内側へ向けて徐々に軸方向高さが小さくなる空気通路を形成する。

整流装置７の板状部分のうち、比較的径方向内側の位置には、整流素子７ｂの一部が露出している。整流素子７ｂは、そのリードと反対側の底面を整流装置７の板状部分の表面の一部として露出させている。整流素子７ｂは、その底面がフレーム６の壁面と対面するように配置されている。傾斜面６ｃは、整流装置７の板状部分に配置された整流素子７ｂを指向する空気流を生成するように傾斜している。傾斜面６ｃは、整流装置７の板状部分に露出して配置された整流素子７ｂの底面に指向する空気流を生成するように傾斜している。傾斜面６ｃは、整流素子７ｂの底面において空気流の流速が最も速くなるように形成することができる。

更に、冷却風Ｃについて説明する。
保護カバー８の開口部８ａより流入する冷却風Ｃは、図２に矢印で示す様に、リヤフレーム６に設けられた傾斜面６ｃにより、負極側の整流素子７ｂに向けて案内され、整流素子７ｂの底面７ｂ２に当たることで、効果的に整流素子７ｂを冷却することができる。特に、実施例１では、傾斜面６ｃの起点６ｃ１側を延長してホルダフィン７ａと交わる位置より、整流素子７ｂの方が径方向外側に配置されている。これにより、傾斜面６ｃに案内された冷却風Ｃを直接整流素子７ｂの底面７ｂ２に当てて整流素子７ｂを冷却できるので、ファン能力を向上させなくても、整流素子７ｂに対する十分な冷却効果を得ることができる。

また、リヤフレーム６に設けた傾斜面６ｃの作用により、整流素子７ｂに対する冷却性を向上できるので、冷却風Ｃを整流素子７ｂの底面７ｂ２に効果的に当てる目的で、ホルダフィン７ａとリヤフレーム６との間に形成される隙間１７を必要以上に狭く形成しなくても良いため、保護カバー８の内部に浸入した泥水等の排出性が向上する。更に、傾斜面６ｃは、起点６ｃ１から終点６ｃ２に向かって、傾斜面６ｃとホルダフィン７ａとの隙間１７が徐々に拡大する傾斜面であるため、傾斜面６ｃとホルダフィン７ａとの間に泥水等が留まることは殆どなく、塩水等によるホルダフィン７ａの腐食（特に、整流素子７ｂが圧入されている部位の腐食）を抑制できる。

図３は車両用交流発電機１の全体断面図である。
この実施例２は、図３に示す様に、傾斜面６ｃの起点６ｃ１を整流素子７ｂより径方向内側（図３の上側）に設けた場合の一例である。
この構成によれば、傾斜面６ｃと整流素子７ｂとの隙間１７をより広く確保できるので、傾斜面６ｃと整流素子７ｂとの間に泥水等が留まることはなく、塩水等によるホルダフィン７ａの腐食（特に、整流素子７ｂが圧入されている部位の腐食）を更に抑制できる。また、実施例１と同様に、傾斜面６ｃにより冷却風を効果的に整流素子７ｂの底面７ｂ２に当てることができるので、整流素子７ｂに対する冷却性を向上できる。

図４は車両用交流発電機１の全体断面図である。
この実施例３は、マイナス電位のホルダフィン７ａに放熱リブ１９を設けた場合の一例である。
この放熱リブ１９は、図５に示す様に、ホルダフィン７ａのリヤフレーム６側に多数設けられ、冷却風の流れ方向に沿って、ホルダフィン７ａの径方向に延設されている。
この構成によれば、ホルダフィン７ａに放熱リブ１９を設けたことにより、ホルダフィン７ａの放熱面積が増大するので、放熱性能が向上する。また、隣合う放熱リブ１９同士の間に、内部に浸入した泥水等を排出するための排出通路を形成できるので、泥水等の排出性が更に向上する。

図６は車両用交流発電機１の全体断面図である。
この実施例４は、実施例３と同様、マイナス電位のホルダフィン７ａに放熱リブ１９を設けると共に、その放熱リブ１９の高さを、リヤフレーム６の傾斜面６ｃに沿って形成した場合の一例である。つまり、放熱リブ１９は、図６に示す様に、傾斜面６ｃに対向する範囲で、傾斜面６ｃと放熱リブ１９との間隔が略一定になる様に、径方向内側から外側へ向かって次第に放熱リブ１９の高さが高くなっている。
この構成によれば、放熱リブ１９の放熱面積が更に増大するので、より放熱性能を向上できる。また、図７に示す様に、保護カバー８の開口部８ａに複数の放熱リブ１９が配置されるので、開口部８ａから保護カバー８の内部へ泥水等が浸入しにくくなる効果も期待できる。

図８は車両用交流発電機１の全体断面図である。
この実施例５は、リヤフレーム６に設けた傾斜面６ｃを緩やかな凸曲面とした場合の一例である。
実施例１では、傾斜面６ｃを平面として説明したが、図８に示す様に、傾斜面６ｃの起点６ｃ１から終点６ｃ２に向かって、傾斜面６ｃとホルダフィン７ａとの隙間１７が徐々に拡大する緩やかな凸曲面としても良い。この構成においても、実施例１と同様の効果（傾斜面６ｃによって冷却風を整流素子７ｂに向けて案内することにより、整流素子７ｂに対する冷却性を向上できる）を得ることができる。

実施例１に係る車両用交流発電機の全体断面図である。 実施例１に係る整流装置および周辺の拡大断面図である。 実施例２に係る車両用交流発電機の全体断面図である。 実施例３に係る車両用交流発電機の全体断面図である。 実施例３に係る放熱リブを開口部側から見た平面図である。 実施例４に係る車両用交流発電機の全体断面図である。 実施例４に係る放熱リブを開口部側から見た平面図である。 実施例５に係る車両用交流発電機の全体断面図である。

符号の説明

１ 車両用交流発電機
３ 回転子
５ フロントフレーム（フレーム）
６ リヤフレーム（フレーム）
６ｃ 傾斜面
６ｃ１ 傾斜面の起点
６ｃ２ 傾斜面の終点
７ 整流装置
７ａ マイナス電位のホルダフィン
７ｂ 負極側の整流素子
７ｂ１ 整流素子のリード部
７ｂ２ 整流素子の底面
８ 保護カバー
８ａ 開口部
１０ 冷却ファン
１１ 冷却ファン
１７ 冷却風が通過できる隙間
１９ 放熱リブ

Claims (5)

1. 回転力が伝達されて回転する回転子と、
   この回転子に固定され、前記回転子と一体に回転することにより、外部から冷却風を吸入する冷却ファンと、
   前記回転子を軸受を介して回転自在に支持するフレームと、
   このフレームの外側に配置され、ホルダフィンを介して前記フレームに固定される整流装置と、
   この整流装置を覆って前記フレームに固定され、内部に冷却風を取り入れるための窓を有する保護カバーとを備える車両用交流発電機において、
   前記整流装置は、前記ホルダフィンに固定される整流素子を有し、この整流素子が前記フレームに対向して配置されると共に、前記フレームと前記ホルダフィンとの間に冷却風が通過できる隙間が形成され、
   前記フレームと前記保護カバーとの間には、外周側から前記保護カバーの内部に冷却風を取り入れるための開口部が形成され、且つ、前記フレームの前記整流素子に対向する側には、前記冷却風が前記整流素子に直接当たるように、前記開口部より流入する冷却風を前記整流素子に向けて案内する傾斜面が設けられ、この傾斜面は、径方向内側の端部を起点とし、径方向外側の端部を終点とした時に、前記起点から前記終点に向かって前記整流装置との隙間が徐々に拡大するように設けられ、
   前記整流素子は、前記傾斜面の起点側を延長した延長線上より径方向外側に配置されていることを特徴とする車両用交流発電機。
2. 請求項１に記載した車両用交流発電機において、
   前記整流素子は、接続用のリード部が設けられる一端側と反対側の端面（底面）が、前記ホルダフィンの前記フレーム側の表面より露出した状態で、前記ホルダフィンに圧入固定されていることを特徴とする車両用交流発電機。
3. 請求項１または２に記載した車両用交流発電機において、
   前記傾斜面は、径方向内側の端部を起点とし、径方向外側の端部を終点とした時に、前記起点から前記終点に向かって、前記整流装置との隙間が次第に拡大する緩やかな凸曲面として設けられていることを特徴とする車両用交流発電機。
4. 請求項１〜３に記載した何れかの車両用交流発電機において、
   前記ホルダフィンは、前記フレーム側の表面に複数の放熱リブが設けられ、この複数の放熱リブが、冷却風の流れ方向に沿って延設されていることを特徴とする車両用交流発電機。
5. 請求項４に記載した車両用交流発電機において、
   前記放熱リブの高さが、前記傾斜面に沿って、径方向内側より径方向外側の方が高くなる様に設けられていることを特徴とする車両用交流発電機。

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