JP4575385B2 - 交流発電機の整流器 - Google Patents

Description

この発明は、例えば車両に搭載される車両用交流発電機の固定子で生じた交流を直流に整流する交流発電機の整流器に関するものである。

従来の車両用交流発電機として、ケースと、このケース内に設けられシャフトに固定されているとともに端部にファンを有する回転子と、この回転子を囲むようにして設けられ回転子からの回転磁界により交流が生じる固定子と、前記シャフトの端部側に設けられ前記固定子で生じる前記交流を整流する整流器とを備え、整流器は、第１のヒートシンク、この第１のヒートシンクの表面上に間隔をおいて配置された第１の一方向性通電素子体、この第１のヒートシンクの径方向外側に設けられた第２のヒートシンク、この第２のヒートシンク上に間隔をおいて配置された第２の一方向性通電素子体、前記第１の一方向性通電素子体及び前記第２の一方向性通電素子体についてブリッジ回路を構成するように接続したターミナルを有するサーキットボードを含んだものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
このものの場合、導出された前記第１の一方向性通電素子体の端子、導出された前記第２の一方向性通電素子体の端子が、それぞれ前記ターミナルと接続されて構成された端子側接続部は、前記サーキットボードと、前記第１の一方向性通電素子体及び前記第２の一方向性通電素子体との間に設けられていた。

特開２００２-１５３０３０号公報

従来の車両用交流発電機の整流器では、第１の一方向性通電素子体の端子、第２の一方向性通電素子体の端子、及びサーキットボードのターミナルそれぞれの端子側接続部は、反ファン側であり、少しの冷却風しか通らないため、第１の一方向性通電素子体及び第２の一方向性通電素子体の温度上昇が大きくなってしまうという問題点があった。
また、端子側接続部は、回転子側サーキットボードと、第１の一方向性通電素子体、第２の一方向性通電素子体との間の狭い空間であり、端子側接続部の接続作業性が悪いという問題点もあった。

この発明は、上述のような問題点を解決するためになされたものであって、第１の一方向性通電素子体及び第２の一方向性通電素子体の温度上昇を抑制することができるとともに、接続部の接続作業性が向上する等の交流発電機の整流器を得ることを目的とするものである。

この発明に係る交流発電機の整流器では、導出された第１の一方向性通電素子体の端子、導出された第２の一方向性通電素子体の端子が、それぞれターミナルと接続されて構成された端子側接続部は、回転子とサーキットボードとの間に設けられている。

この発明に係る交流発電機の整流器によれば、第１の一方向性通電素子体及び第２の一方向性通電素子体の温度上昇を抑制することができるとともに、端子側接続部の接続作業性が向上する。

この発明の実施の形態１による整流器が組み込まれた車両用交流発電機の側断面図である。 図１の車両用交流発電機の電気回路図である。 図１の回転子を示す斜視図である。 図１の整流器を車両用交流発電機のフロント側から視たときの正面図である。 図２の第２の一方向性通電素子体が第２のヒートシンクに接合された様子を示す断面図である。 この発明の実施の形態２による整流器において、第２の一方向性通電素子体が第２のヒートシンクに固定された様子を示す断面図である。

以下、この発明の各実施の形態について図に基づいて説明するが、各図において、同一または相当部材、部位については同一符号を付して説明する。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１の車両用交流発電機（以下、交流発電機と略称する）を示す側断面図、図２は図１の交流発電機の電気回路図、図３は図１の回転子を示す斜視図、図４は図１の整流器を交流発電機のフロント側から視たときの正面図である。
回転電機であるこの交流発電機では、アルミニウム製のフロントブラケット１及びリヤブラケット２から構成されたケース３内に、一端部にプーリ４が固定されたシャフト５が回転自在に設けられている。このシャフト５にはランドル型の回転子６が固定されている。回転子６の外周には回転子６を囲むようにして固定子９がケース３の内壁面に固定されている。
シャフト５の他端部には、回転子６に電流を供給するスリップリング１０が固定されている。このスリップリング１０の表面には、ブラシホルダ１２内に収納された一対のブラシ１１が摺接するようになっている。
ブラシホルダ１２には、固定子９で生じる交流電圧の大きさを調整する電圧調整器１３が固定されている。また、リヤブラケット２内には、固定子９に電気的に接続され交流を直流に整流する整流器１４が設けられている。
フロントブラケット１には、内径側に複数の吸入孔１ａが形成され、外径側に複数の排出孔１ｂが形成されている。リヤブラケット２には、内径側に複数の吸入孔２ａが形成され、外径側に複数の排出孔２ｂが形成されている。

上記回転子６は、電流を流して磁束を発生する回転子コイル１５と、この回転子コイル１５を覆って設けられたポールコアと、プーリ４側のポールコアの端面に固定されたフロント側ファン７と、反プーリ４側のポールコアの端面に固定されたリヤ側ファン８とを備えている。このポールコアは、磁束によりＮ極、Ｓ極に着磁されるフロント側ポールコア体１６及びリヤ側ポールコア体１７を備えている。フロント側ポールコア体１６及びリヤ側ポールコア体１７は、それぞれ爪形状で互いに噛み合ったフロント側爪状磁極１８、リヤ側爪状磁極１９を有している。フロント側ファン７には、プーリ４側の端部に円環状のプレート７０が設けられている。リヤ側ファン８には、整流器１４側の端部に円環状のプレート７１が設けられている。

上記固定子９は、回転子６からの回転磁界が通る固定子コア２０と、この固定子コア２０の内径側に設けられた固定子コイル２１とを備えている。鋼板を積層して構成された固定子コア２０の内径側には、軸線方向に延びて形成されたスロットが全周にわたって等分間隔で複数設けられている。
固定子コイル２１は、図２に示すように、３つの巻線部８０が３相Ｙ形結線された二つの３相交流巻線８１により構成され、二つの３相交流巻線８１は、互いに電気角で３０度の位相差が与えられている。

上記整流器１４は、馬蹄形をしたアルミニウム製の第１のヒートシンク３０と、この第１のヒートシンク３０の表面上に周方向に間隔をおいて配置された直方体形状の第１の一方向性通電素子体３１と、この第１のヒートシンク３０の径方向の外側に配置され馬蹄形をしたアルミニウム製の第２のヒートシンク３２と、この第２のヒートシンク３２上に周方向に間隔をおいて配置された直方体形状の第２の一方向性通電素子体３３と、この第２の一方向性通電素子体３３を覆って設けられ馬蹄形をしたサーキットボード３４とを備えている。
アルミニウム製の第１のヒートシンク３０の裏面上には複数の放熱性フィン３０ａが放射状に形成されている。第１の一方向性通電素子体３１は、ダイオードが絶縁性樹脂によりインサートモールド成形で形成されている。
アルミニウム製の第２のヒートシンク３２の裏面の一部はリヤブラケット２と面接触している。第２の一方向性通電素子体３３は、ダイオードが絶縁性樹脂によりインサートモールド成形で形成されている。
サーキットボード３４は、複数のターミナル３５がインサートモールド成形されて形成されている。このターミナル３５により、第１の一方向性通電素子体３１と第２の一方向性通電素子体３３とはブリッジ回路を構成するように接続され、また二つの整流器１４は並列に接続されている。また、ターミナル３５により、固定子コイル２１と整流器１４は接続されている。

図１に示すように、ターミナル３５と、第１の一方向性通電素子体３１の第１の端子３６、第２の一方向性通電素子体３３の第２の端子３７とが接続されて形成された端子側接続部４０は、リヤ側ファン８とサーキットボード３４との間に設けられている。この端子側接続部４０は、リヤ側ファン８側に延出している。
ターミナル３５と、固定子コイル２１のリード線３８とが接続されて形成されたリード線側接続部５０は、リヤ側ファン８側に延出している。

図５は第２の一方向性通電素子体３３が第２のヒートシンク３２に固定された様子を示す断面図である。
第２のヒートシンク３２の凹部に直方体形状の第２の一方向性通電素子体３３が半田によるろう付けで接合されている。また、第２の一方向性通電素子体３３の第２の端子３７はサーキットボード３４のターミナル３５と突起６２で抵抗溶接により接続されている。
なお、この図では示されていないが、第１の一方向性通電素子体３１の第１の端子３６もサーキットボード３４のターミナル３５と抵抗溶接により接続されている。
また、第１のヒートシンク３０の凹部にも直方体形状の第１の一方向性通電素子体３１が半田によるろう付けで接合されている。

上記構成の車両用交流発電機では、バッテリ（図示せず）からブラシ１１、スリップリング１０を通じて回転子コイル１５に電流が供給されて磁束が発生し、爪状磁極１８、１９には、それぞれＮ極、Ｓ極が生じる。
一方、エンジンによってプーリ４は駆動され、シャフト５によって回転子６が回転するため、固定子コア２０には回転磁界が与えられ、固定子コイル２１には起電力が生じる。
この交流の起電力は、電圧調整器１３によりその大きさが調整されるとともに、整流器１４を通って直流に整流されて、バッテリに充電される。

回転子６の端面に固定されたリヤ側ファン８の回転により、リヤブラケット２側においては、外気は、吸入孔２ａを通じて吸い込まれ、図１中の矢印Ａで示されるように、整流器１４を冷却し、その後端子側接続部４０、固定子コイル２１のコイルエンドを冷却した後、排出孔２ｂから外部に排出される。また、図１中の矢印Ｂで示されるように、外気は、電圧調整器１３を冷却し、その後固定子コイル２１を冷却した後、排出孔１ｂから外部に排出される。
また、図１中の矢印Ｃ、Ｄで示されるように、フロントブラケット１側においては、外気は、吸入孔１ａを通じて吸い込まれた後フロント側ファン７により遠心方向に曲げられて固定子コイル２１のコイルエンドを冷却し、排出孔１ｂから外部に排出される。

この実施の形態による交流発電機の整流器１４によれば、第１の一方向性通電素子体３１の第１の端子３６、第２の一方向性通電素子体３３の第２の端子３７と、サーキットボード３４のターミナル３５とが接続されて構成された端子側接続部４０が回転子６とサーキットボード３４との間に設けられているので、矢印Ａに示すように、吸入孔２ａから入った外気は、端子側接続部４０を通って排出孔２ｂから外部に排出され、第１の一方向性通電素子体３１及び第２の一方向性通電素子体３３の温度上昇は抑制される。
なお、端子側接続部をリヤ側遠心ファンの径方向外側に設けたときには、遠心ファンからの遠心方向の外気が端子側接続部に直接衝突することになり、第１の一方向性通電素子体及び第２の一方向性通電素子体の温度上昇はさらに抑制される。
また、従来のものと比較して端子側接続部４０の溶接接続作業スペースが大きくでき、接続作業性が向上する。
また、従来、サーキットボードと、第１の一方向性通電素子体及び第２の一方向性通電素子体との間には、溶接作業用のスペースを確保するために、所定のスペースを必要としたが、この実施の形態の場合、サーキットボード３４と、第１の一方向性通電素子体３１及び第２の一方向性通電素子体３３との間で、溶接作業用のスペースが不要となり、それだけ放熱性フィン３０ａの軸線方向の長さを長くすることができる。

また、ファン７、８は、回転子６の端面に固定された円環状のプレート７０、７１を有しており、サーキットボード３４に対向したファン８のプレート７１による整流作用により、ファン８の回転により生じる、表面が凹凸形状のサーキットボード３４に起因した干渉音が低減される。

また、端子側接続部４０は、第１の一方向性通電素子体３１の端子３６、第２の一方向性通電素子体３３の第２の端子３７及びターミナル３５のそれぞれが軸線方向に延びて接続されて構成されているので、端子側接続部４０は、矢印Ａから分かるように径方向に流れる外気を、より多く受けるため、第１の一方向性通電素子体３１及び第２の一方向性通電素子体３３の温度上昇はさらに抑制される。

また、馬蹄形をした第１のヒートシンク３０の径方向の外側に、馬蹄形をした第２のヒートシンク３２が配置されているので、第１の一方向性通電素子体３１及び第２の一方向性通電素子体３３それぞれの端子３６、３７の長さをほぼ同じにすることができ、端子３６、３７を通じて、第１の一方向性通電素子体３１及び第２の一方向性通電素子体３３は、バランスよく冷却される。

また、第２のヒートシンク３２の外周部は、リヤブラケット２に面接触しているので、第２のヒートシンク３２の熱は、熱伝導によりリヤブラケット２を通じて外部に効率よく放出される。

また、第１のヒートシンク３０及び第２のヒートシンク３２は、アルミニウム製であるので、銅よりも熱伝導率が高く、かつ安価であり、それだけ製造コストが低減される。

また、第１の一方向性通電素子体３１は、第１のヒートシンク３０に半田によるろう付けで接合されており、また第２の一方向性通電素子体３３は、第２のヒートシンク３２に半田によるろう付けで接合されているので、第１の一方向性通電素子体３１及び第２の一方向性通電素子体３３それぞれの熱は、熱伝導により第１のヒートシンク３０及び第２のヒートシンク３２に円滑に伝達される。

また、端子側接続部４０は、抵抗溶接により形成されているので、比較的安価な設備を利用して溶接作業がなされる。

また、固定子コイル２１のリード線３８と、サーキットボード３４のターミナル３５とが接続されたリード線側接続部５０は、回転子６側に延出されているので、端子側接続部４０と同様に、吸入孔２ａから入った外気により、リード線側接続部５０も冷却され、第１の一方向性通電素子体３１及び第２の一方向性通電素子体３３とともに、固定子コイル２１の温度上昇も抑制される。

実施の形態２．
図６は、この発明の実施の形態２による交流発電機を示す要部断面図である。
この実施の形態では、第１の一方向性通電素子体３１は、第１のヒートシンク３０に形成された貫通孔に嵌着されており、また第２の一方向性通電素子体３３は、第２のヒートシンク３２に形成された貫通孔６０に嵌着されている。
また、第１のヒートシンク３０及び第２のヒートシンク３２は、表面にエポキシ樹脂による皮膜６１が形成されている。
また、端子側接続部４０は、ＴＩＧ溶接による接続で形成されている。
他の構成は、実施の形態１と同様である。

この実施の形態では、第１の一方向性通電素子体３１は、第１のヒートシンク３０に形成された貫通孔に嵌着されており、また第２の一方向性通電素子体３３は、第２のヒートシンク３２に形成された貫通孔６０に嵌着されているので、整流器１４の軸線方向の寸法が短縮され、第１のヒートシンク３０の放熱性フィン３０ａの軸線方向の長さをさらに長くすることができ、第１の一方向性通電素子体３１、第２の一方向性通電素子体３３の温度上昇をさらに抑制することができる。

また、第１のヒートシンク３０及び第２のヒートシンク３２は、表面にエポキシ樹脂による皮膜６１が形成されているので、第１のヒートシンク３０及び第２のヒートシンク３２からの放熱量が増大する。
本願の発明者は、皮膜６１「有」の場合、「無」の場合において、それぞれ交流発電機を作動させたときの、第１の一方向性通電素子体３１、第２の一方向性通電素子体３３の温度を測定する比較実験を行った。
この結果、皮膜６１が無いときには、第１の一方向性通電素子体３１、第２の一方向性通電素子体３３の温度が１０２℃であったのに対して、皮膜６１が有りのときには、９７℃であり、皮膜６１「有」の場合、「無」と比較して５℃の温度降下していることが分かった。

また、端子側接続部４０は、トーチを径方向に沿って挿入することができるＴＩＧ溶接による溶接で形成され、抵抗溶接時に必要としたターミナル３５の突起６２を設けることなく簡単に形成される。

なお、上記各実施の形態では、車両用交流発電機について説明したが、この発明は、車両搭載用エンジンを除く内燃機関、電動機及び水車等を駆動源として回転駆動されるその他の交流発電機にも適用することができるのは勿論である。
また、ヒートシンク３０、３２はアルミニウム製であったが、勿論このものに限定されるものではなく、例えば銅製であってもよい。
また、端子側接続部４０、リード線側接続部５０については、かしめた後、半田によるろう付けにより接合してもよい。
また、第１のヒートシンク３０に対する第１の一方向性通電素子体３１の固定、第２のヒートシンク３２に対する第２の一方向性通電素子体３３の固定として、ろう材として半田を用いたが、勿論半田に限定されるものではない。
また、第１のヒートシンク、第２のヒートシンクが、軸線方向に互いに離間して配置された交流発電機の整流器、絶縁シートを介して密接された交流発電機の整流器であっても、この発明は適用できるのは、勿論である。

Claims (12)

1. ケースと、
   このケース内に設けられシャフトに固定されているとともに軸線方向の端部に設けられたファンを有する回転子と、
   この回転子を囲むようにして設けられ回転子からの回転磁界により交流が生じる固定子と、
   前記シャフトの端部側に設けられ前記固定子で生じる前記交流を整流する整流器とを備え、
   この整流器は、第１のヒートシンク、この第１のヒートシンクの表面上に間隔をおいて配置された第１の一方向性通電素子体、この第１のヒートシンクと離間して設けられた第２のヒートシンク、この第２のヒートシンク上に間隔をおいて配置された第２の一方向性通電素子体、及び前記第１の一方向性通電素子体及び前記第２の一方向性通電素子体についてブリッジ回路を構成するように接続したターミナルを有するサーキットボードを含み、
   導出された前記第１の一方向性通電素子体の端子、導出された前記第２の一方向性通電素子体の端子がそれぞれ前記ターミナルと同様に前記軸線方向に延びて、かつ接近して接続されて構成された端子側接続部は、前記回転子と前記サーキットボードとの間に設けられている交流発電機。
2. 前記ファンは、遠心ファンであり、前記端子側接続部は、前記遠心ファンの径方向外側に設けられている請求項１に記載の交流発電機。
3. 前記ファンは、前記サーキットボード側の端部に設けられた円環状のプレートを有する請求項１または請求項２に記載の交流発電機。
4. 馬蹄状の前記第１のヒートシンクの径方向の外側に、馬蹄状の前記第２のヒートシンクが配置されている請求項１ないし請求項３の何れか１項に記載の交流発電機。
5. 前記第２のヒートシンクの外周部は、前記ケースに面接触している請求項１ないし請求項４の何れか１項に記載の交流発電機。
6. 前記第１のヒートシンク及び前記第２のヒートシンクは、アルミニウム製である請求項１ないし請求項５の何れか１項に記載の交流発電機。
7. 前記第１のヒートシンク及び前記第２のヒートシンクは、表面に樹脂皮膜が形成されている請求項１ないし請求項６の何れか１項に記載の交流発電機。
8. 前記第１の一方向性通電素子体は、前記第１のヒートシンクにろう付けにより接合されており、また前記第２の一方向性通電素子体は、前記第２のヒートシンクにろう付けにより接合されている請求項１ないし請求項７の何れか１項に記載の交流発電機。
9. 前記第１の一方向性通電素子体は、前記第１のヒートシンクに形成された貫通孔に嵌着されており、また前記第２の一方向性通電素子体は、前記第２のヒートシンクに形成された貫通孔に嵌着されている請求項１ないし請求項８の何れか１項に記載の交流発電機。
10. 前記端子側接続部は、抵抗溶接による接続で形成されている請求項１ないし請求項９の何れか１項に記載の交流発電機。
11. 前記端子側接続部は、ＴＩＧ溶接による接続で形成されている請求項１ないし請求項９の何れか１項に記載の交流発電機。
12. 前記固定子のリード線が、前記サーキットボードの前記ターミナルと接続されたリード線側接続部は、前記回転子側に延出されている請求項１ないし請求項１１の何れか１項に記載の交流発電機。

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