JP4282599B2 - 車両用交流発電機の整流装置およびその製造方法 - Google Patents

Description

【技術分野】
この発明は、自動車等に搭載される交流発電機とその出力を整流する整流装置を一体的に組合わせた車両用交流発電機の整流装置とその製造方法に関する。
【背景技術】
この種の車両用交流発電機の整流装置としては、例えば、特開平１１−２２０８５８に示されるものがある。このような車両用交流発電機の整流装置は、複数個（例えば４個）の正極側整流素子を取り付けた正極側放熱板と、複数個（例えば４個）の負極側整流素子を取り付けた負極側放熱板と、整流素子と固定子巻線とを電気的に接続する配線部材を有する端子台とから構成されている。放熱板であるヒートシンクは一般的に軽量性と放熱性共に良好なアルミニウム（以下Ａｌ）材が用いられている。熱伝導性の良いＡｌ板や銅板等の金属板を成形（ダイカスト、板金等）して所定形状に形成される。正極側放熟板には、発電機の出力を外部に取り出す出力端子ボルトが圧入等によって電気的に接続され、出力端子ボルトは交流発電機フレームの外部に突出している。出力端子ボルトは整流装置のフレームへの固定も担っており、別の取付けボルトと共に例えば２箇所で整流装置を固定している。交流発電機フレームは接地用電極として機能するので、「正極側放熱板＋出力端子ボルト」とフレームは電気絶縁された状態で取り付けられ、一方、負極側放熱板とフレームとは電気的、熱的に直接取り付けられる。正極側放熱板と負極側放熱板とは、出力端子ボルトと取付けボルトの挿入個所で互いに電気絶縁されて軸方向に重ねられ、両放熱板のフレームへの取り付けとしてのボルトを共用している。負極側放熱板より温度が上昇する正極側放熱板は、フレーム中央寄（負極側放熱板の径方向内側）に位置していることもあり、冷却流をより効果的に取り込んで冷却する構成となっている。
出力端子ボルトは嵌合範囲の接触面積が大きくなるようローレット化されているが、放熱板側は表面が滑らかで通常の孔面積を有する。ローレットとは、通常嵌合面に凸凹等を形成したものを言い、圧入時に凸凹の凸頂頭部が対応する面に食い込むと共に、頂頭部の一部が凹部に移動して全体が平坦化するに従い、被圧入側、圧入側とが強く一体化される。
一般に正極側放熱板はＡｌ材、正極側放熱板に圧入して電気的接続を担う出力端子ボルトはＦｅ材であるので、圧入されている出力端子ボルトを流れる電流（出力電流）が増加していくと、圧入嵌合部は接触熱抵抗が増加し、正極側放熱板だけでなく、負極側放熱板や交流発電機フレームとの絶縁モールドまでが溶解し、確実な電気的接続が損なわれる恐れがあった。
また、Ａｌ材はイオン化傾向が高く、出力端子ボルトが交流発電機フレームから突出しているためそれをつたって水、冷却水等の異物が整流装置にも浸入しやすく、出力端子ボルト嵌合部の周辺が腐食溶損する問題があった。
さらに、車両への取り付けにおいて、出力端子ボルトに配線がされる際に加わる力で、放熱板側の圧入嵌合部に変位が生じやすくなっていた。
【発明の開示】
この発明は、前記の問題に鑑み、車両用交流発電機の整流装置において、放熱板と出力端子部材との電気的かつ機械的結合をより確実に行うことを目的とするものである。
前記目的を達成するために、この発明は、フレームにより固定子及び回転子を支持された交流発電機の前記フレーム内に配置され、前記交流発電機の交流出力を整流する正極側及び負極側整流素子をそれぞれ支持する正極側及び負極側放熱板と、前記正極側及び負極側放熱板を貫通して前記フレームの外部に露出すると共に、前記正極側放熱板と電気的かつ機械的に結合される出力端子部材と、前記正極側放熱板の前記出力端子部材との結合部に、インサート部材として設けられ、前記出力端子部材と同一の線膨張係数を有する材料で構成された結合部形成部材とを備えている。
また、この発明は、前記のような車両用交流発電機の整流装置の製造方法として、正極側放熱板の出力端子部材との結合部を形成する結合部形成部材の外周をその部材よりも融点あるいは固相線温度の低い材料の薄い金属箔で被覆し、これをインサート部材として２重成形鋳造により前記正極放熱板を構成し、該鋳造時に前記金属箔のみを溶解させるようにした製造方法を提供する。
この発明によれば、正極側放熱板の出力端子部材との結合部に、インサート部材として設けられ、出力端子部材と同一の線膨張係数の材料で構成された結合部形成部材を備えているので、車両雰囲気内の熱サイクルにおける接触面の膨張を防止、すなわち、車両雰囲気温度に関係なく、接触部の接触状態を良好に保つことができ、接触熱抵抗を低減し、出力端子部材の不要な発熱を抑えられる。
また、結合部形成部材を正極側放熱板より熱伝導性良好な材料で構成しているので、正極側放熱板の出力端子部材との結合部における熱滞留を防止し、出力端子部材の発熱をよりスムーズに正極側放熱板に移すことができる。
さらに、交流発電機外部から塩水などの異物浸入路となる出力端子部材周辺が正極側放熱板よりイオン化傾向が低いので、サビ、腐食を効果的に防止でき、ひいては該箇所での熱抵抗も低減できる。
また、この発明による車両用交流発電機の整流装置の製造方法によれば、正極側放熱板と出力端子部材との間には十分な接触面積を確保し、２重成形による密着度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は実施の形態１を示す車両用交流発電機の断面図である。
第２図は実施の形態１による車両用交流発電機の整流装置を示す斜視図である。
第３図は実施の形態１における整流装置の負極側放熱板の分解斜視図である。
第４図は実施の形態１における整流装置の分解斜視図である。
第５図は実施の形態１における整流装置の正極側放熱板の平面図である。
第６図は実施の形態１における整流装置の出力端子部材周辺の断面図である。
第７図は実施の形態１における整流装置の正極側放熱板の他の例を示す平面図である。
第８図は実施の形態１における整流装置の正極側放熱板のさらに他の例を示す平面図である。
第９図は実施の形態２による整流装置の出力端子部材周辺の断面図である。
第１０図は実施の形態４による整流装置の出力端子部材周辺の断面図である。
第１１図は実施の形態５による整流装置の製造工程を示す説明図である。
第１２図は実施の形態５の製造方法おいて用いるインサート部材の斜視図である。
【発明を実施するための最良の形態】
実施の形態１．
第１図は車両用交流発電機を示す構成図である。第１図において、固定子１は、固定子コア２と、この固定子コア２に巻回された固定子コイル３とから構成されている。回転子４は、互いに対向する一対のポールコア５，６と、コア５，６間に介装された励磁コイル７と、回転軸８と、この回転軸８に固着されたスリップリング９とから構成されている。フロントフレーム１２は、吸気穴１２ａと排気穴１２ｂとを備え、リアフレーム１３は、吸気穴１３ａと排気穴１３ｂとを備えている。そして、リアフレーム１３が締着ボルト１４によりフロントフレーム１２に固着されて、固定子１がフロントフレーム１２とリアフレーム１３との間に支持されている。回転軸８は、ベアリング１５、１６を介してフロントフレーム１２とリアフレーム１３とに支持されている。プーリ１７が回転軸８の一端に固着されている。後述する整流装置４０はリアフレーム１３に取り付けられており、固定子コイル３の出力端子に接続されて、固定子１で発生した交流を直流に変換する。電圧調整器１９は、ブラシホルダ２０とともにリアフレーム１３に取り付けられている。ブラシホルダ２０はブラシ２１がスリップリング９に当接するようにブラシ２１を支持している。
このように構成された車両用交流発電機は、電流がブラシ２１およびスリップリング９を介して励磁コイル７に供給され、同時にエンジンの回転トルクがプーリ１７およびベルト（図示せず）を介して回転軸８に伝達され、回転子４が回転駆動される。それによって固定子１が交流を発生する。そして、この交流が整流装置４０によって直流に変換される。
第２図乃至第４図において、負極側放熱板３０は、Ａｌ製で、複数の負極側整流素子実装部３０ａ、複数の放熱フィン３０ｂおよび一対の環状のガイド部３０ｃを有している。正極側放熱板３１は、Ａｌ製で、複数の正極側整流素子実装部３１ａ、複数の放熱フィン３１ｂおよび一対の環状のガイド部３１ｃを有している。負極側整流素子３２は、ＩＣチップが樹脂によりモールドされ、突出する固定子コイル用接続端子３２ａを有している。正極側整流素子３３は、ＩＣチップが樹脂によりモールドされ、突出する固定子コイル用接続端子３３ａを有している。端子台３４は、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂によりモールドされ、複数の突出する固定子用接続端子３４ａ、一対の電圧調整器用接続端子３４ｂおよび一対の環状のガイド部３４ｃを有している。ガイド３５は、ＰＰＳ樹脂で、一対の環状のガイド部３５ａを有している。
つぎに、整流装置４０の組み立て方法について説明する。まず、第３図に示すように、負極側整流素子３２を負極側放熱板３０の整流素子実装部３０ａのそれぞれに半田３６により接合する。同様に、正極側整流素子３３を正極側放熱板３１の整流素子実装部３１ａのそれぞれに半田により接合する。
ついで、負極側放熱板３０、正極側放熱板３１、端子台３４およびガイド３５を互いのガイド部を案内にして重ね合わせ、ガイド部の孔に出力端子部材３８を圧入して各部品を一体的に結合すると共に、ガイド部の孔に取付けボルト３９を挿入して、第２図に示されるように、整流装置４０を組み立てる。
この整流装置４０では、絶縁スペーサ４１、４２がガイド部３０ｃ、３１ｃ間に介装され、負極側放熱板３０と正極側放熱板３１との絶縁が確保されている。また、負極側放熱板３０、正極側放熱板３１および端子台３４のそれぞれの固定子用接続端子３２ａ、３３ａ、３４ａが重ね合わせられ、固定子コイル３との接続部を構成している。さらに、整流装置４０は出力端子部材３８及び取付けボルト３９によってリアフレーム１３の所定個所に固定される。
そして、この実施の形態１においては、整流装置４０を構成する正極側放熱板３１の出力端子部材３８との結合部を形成する結合部形成部材として、異種の金属からなるインサート部材３１ｄを正極側放熱板３１のガイド部３１ｃと同心円状に設けている。
すなわち、第５図及び第６図に示すように、正極側放熱板３１とインサート部材３１ｄとの結合部を凸凹形状にして接触面積を増やしたものを、２重成形鋳造により構成する。Ａｌ材の正極側放熱板３１の出力端子部材３８との結合部に、例えばＦｅインサート、Ｃｕインサート、Ｃｕ−Ｚｎインサート等のインサート部材を設ける。そしてそれぞれの場合で出力端子部材３８として、Ｆｅボルト、Ｃｕボルト、Ｃｕ−Ｚｎボルトを用い、インサート部材３１ｄの中空部分に圧入し、その先端をリアフレーム１３の外部に露出させ、これに絶縁部材４３を介して外部導体を接続する。
このようにすれば、正極側放熱板３１に埋設されるインサート部材３１ｄと出力端子部材３８が同一の材料で線膨張係数が合致していることにより、車両雰囲気内の熱サイクルにおける接触面の膨張を防止、すなわち、車両雰囲気温度に関係なく、圧入接触両面を一定に保つことができ、接触熱抵抗が低減し、出力端子部材の発熱を防止できる。
また、インサート材３１ｄに熱伝導性の良い、ＣｕやＣｕ（６０％）−Ｚｎ（４０％）系合金を用いることで接触熱抵抗が低減できる。
なお、インサート部材３１ｄの外周は円筒凸凹形状としたが、他の形状でもよく、接触面積大で双方が一体化されるものであれば、第７図に示すように周方向接触面の少なくとも一部は山型状または矩形状に屈曲した形状でも構成可能である。例えば摩擦を大きくしたものであって単純に円柱形状を用いても良い（第８図）。逆に、円筒形状でなくてもよく、軸長さ方向に中央部が膨らんだ樽状や、円錐状であっても良い。インサート鋳造であるので、形状自由度が高い。
また、出力端子部材３８の配置形状や、整流装置４０の構成に限定されるものでなく、出力端子部材が交流発電機の径方向に突出する場合や、整流装置が円弧形状の場合等に適応しても同様の効果が得られる。
実施の形態２．
第９図に示すように、実施の形態１のインサート部材３１ｄと出力端子部材３８との間に熱伝導性部材４４を充填したもので、圧入前に出力端子部材３８の圧入個所周りに熱伝導性部材４４を塗布する方法や、インサート部材３１ｄの内周側に塗布する方法がある。このようにすれば、出力端子部材３８からの熱を効率よく正極側放熱板３１に伝導できる。
実施の形態３．
また、実施の形態１のインサート部材３１ｄとして、イオン化傾向の低いＣｕ，Ｃｕ（６０％）−Ｚｎ（４０％）系合金を用いることにより、車両搭載時の塩水侵入による発錆、腐食を防止し、インサート部材自体の損傷を防いで接触面を維持することができる。Ｆｅ系材料としては耐食性に強いＳＵＳ（Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｒ合金鋼）を用いれば同様の効果が得られる。
実施の形態４．
第１０図に示すように、出力端子部材３８の正極側放熱板３１との結合部を雄ネジ部３８ａ（例えばＭ１２）により構成したもので、出力端子部材先端周辺に配置される蓄電池（図示せず）と接続される出力導体の取り付け用雄ネジ部３８ｂ（例えばＭ８）の外径Ａよりもその谷径Ｂが大きくされていると共に、雄ネジ部３８ａの締めつけ方向が雄ネジ部３８ｂの締めつけ方向と逆方向になるように形成されている。
これにより、出力端子部材３８を正極側放熱板３１へ取り付け、さらに、整流装置４０をリアフレーム１３へ取り付けた後、リアフレーム１３の外部に露出する出力端子部材３８の先端周辺に前記出力導体をネジ締結できる。また、出力端子部材３８に設けられる２箇所のネジ締め付け方向が異なるので、外部出力導体締め付け時に、出力端子部材３８と正極側放熱板３１とのネジ結合が緩むことはない。
実施の形態５．
この発明の整流装置４０に用いる正極側放熱板の製造方法の一例を第１１図に示す。
まず、予め電気亜鉛メッキや亜鉛溶融などで外周を０．１ｍｍ以下のＺｎ箔３１ｅで被覆したインサート部材３１ｄを用意し（第１２図）、次に、このインサート部材３１ｄを正極側放熱板３１用のダイカスト金型に配置し、この状態で正極側放熱板３１の材料であるＡｌ材を注湯し、２重成形鋳造を行う。
このＡｌ材はダイカスト製法では、Ａｌ−Ｓｉ系合金であるＡＤＣ材が汎用的であり、固相線温度は５８０℃である。よって溶湯温度は５８０℃とされる。インサート材は例えば、Ｆｅ，Ｃｕ，Ｃｕ（６０％）−Ｚｎ（４０％）系合金を用いる。この時、各金属の融点、固相線温度はＦｅ；１５３５℃，Ｃｕ；１０８３℃，Ｃｕ（６０％）−Ｚｎ（４０％）；９０５℃で前記のＡｌ溶湯温度５８０℃より高く、Ａｌ鋳造時にインサート部材３１ｄが溶融、高度に変形してしまうことはない。
さらに、Ａｌ溶湯温度５８０℃に対しＺｎ融点が４２０℃であることから、Ａｌ鋳造注湯時にインサート部材３１ｄのＺｎ箔３１ｅ表面のみが溶融し、正極側放熱板３１とインサート部材３１ｄの接触界面に隙間なく渡り、アルミダイキャスト製法において発生する微小の鋳巣空間を埋めるため、２重成形鋳造による密着度を向上することができる。
【産業上の利用可能性】
この発明は、自動車等に搭載される交流発電機とその出力を整流する整流装置を一体的に組合わせた車両用交流発電機の整流装置に用いられるものである。

Claims (6)

1. フレームにより固定子及び回転子を支持された交流発電機の前記フレーム内に配置され、前記交流発電機の交流出力を整流する正極側及び負極側整流素子をそれぞれ支持する正極側及び負極側放熱板と、前記正極側及び負極側放熱板を貫通して前記フレームの外部に露出すると共に、前記正極側放熱板と電気的かつ機械的に結合される出力端子部材と、前記正極側放熱板の前記出力端子部材との結合部に、インサート部材として設けられ、前記出力端子部材と同一の線膨張係数を有する材料で構成された結合部形成部材とを備えたことを特徴とする車両用交流発電機の整流装置。
2. 前記結合部形成部材は、前記出力端子部材の材料に対応してＦｅ，Ｃｕ，Ｃｕ（６０％）−Ｚｎ（４０％）系合金のいずれかから選択されたものであることを特徴とする請求項１記載の車両用交流発電機の整流装置。
3. 前記結合部形成部材は周方向接触面の少なくとも一部は、山型状または矩形状に屈曲して形成されていることを特徴とする請求項１または２記載の車両用交流発電機の整流装置。
4. 前記出力端子部材は前記正極側放熱板と締結される第１の雄ネジ部と、外部の出力導体が締結される第２の雄ネジ部とを有し、前記第１の雄ネジ部の谷径は、前記第２の雄ネジ部の外径より大きく、かつ、前記第１の雄ネジ部の締めつけ方向は前記第２の雄ネジ部の締めつけ方向と逆方向であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一つに記載の車両用交流発電機の整流装置。
5. フレームにより固定子及び回転子を支持された交流発電機の前記フレーム内に配置され、前記交流発電機の交流出力を整流する正極側及び負極側整流素子をそれぞれ支持する正極側及び負極側放熱板と、前記正極側及び負極側放熱板を貫通して前記フレームの外部に露出すると共に、前記正極側放熱板と電気的かつ機械的に結合される出力端子部材と、前記正極側放熱板の前記出力端子部材との結合部に結合部形成部材とを備えた車両用交流発電機の整流装置の製造方法において、
   予め前記結合部形成部材の外周をその部材よりも融点あるいは固相線温度の低い材料の金属箔で被覆し、これをインサート部材として２重成形鋳造により前記正極放熱板を構成し、該鋳造時に前記金属箔のみを溶解させるようにしたことを特徴とする車両用交流発電機の整流装置の製造方法。
6. 前記金属箔として、Ｚｎ箔を用いることを特徴とする請求項５記載の車両用交流発電機の整流装置の製造方法。

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