JP5077135B2 - 整流用ダイオード装置、ダイオードパッケージおよび発電機システム - Google Patents

Description

本発明は、可及的なコンパクト化や信頼性・耐久性が要求される航空機等に適用して有用となる整流用ダイオード装置、ダイオードパッケージおよび発電機システムに関するものである。

図５に航空機等に搭載される発電機システムの内部構造を示す。発電機軸１に取り付けたロータ２とステータ３の間には、回転電磁子（ロータ巻線）４ａと励磁機ステータ４ｂからなる交流励磁発電機４、及び、回転界磁線輪（ロータ巻線）５ａと主発電機ステータ５ｂからなる主発電機５が構成されており、回転電磁子４ａで発生する交流はダイオード６ａをブリッジ状に接続した整流回路６を介して回転界磁線輪５ａに供給され、ここから主発電機ステータ５ｂを介してコンバータ８に発電機出力が取り出される。

このような発電機用のダイオード６ａには、図６に示すようなスタッド形のパッケージ６０の内部にダイオードチップ６０ａを組み込んだものが一般に利用されている。このパッケージ６０は、発電機軸１の外周に取り付けた断面コ字形のフランジ６１の固定部６１ａ（スラスト面）にネジ止めされ、パッケージ６０から引き出されたリード線６２がフランジ６１の外壁６１ｂに接続されて、ここから更に図５に示した主発電機５の回転界磁線輪５ａ等に接続されている。図６では絶縁等の構成は省略してある。このようなパッケージ６０は、三相交流に対応すべく、発電機軸１の円周上の等角位置に６つ取り付けられている。この種のスタッド型パッケージは、特許文献１等に示されている。
特開平０５−１６０４１５号公報

ところが、このような既存のスタッド形パッケージ６０を利用する場合には、当該パッケージ６０の大きさや形状に見合う空間を発電機軸１の周囲に確保し、かつ固定部６１ａをフランジ６１によって形成した上で、当該パッケージ６０を発電機軸１に遠心力に耐え得るようにネジ止めする必要がある。このため、パッケージ６０の取付構造に始まり周辺要素部品の配置等に関する設計自由度が低く、発電機システムの径方向の大型化を招くほか、パッケージ６０から引き出されたリード線６２が空中に架橋された状態となるため、遠心力が作用した際に断線や絶縁不良の原因になり易いという問題がある。

さらに、ダイオードチップ６０ａを内有した上記パッケージ６０は、絶縁フィルムを挟んで固定部６１ａにネジ止めされ、しかもその固定部６１ａは発電機軸１の外周から径方向へ離れた位置に設けられるため、ダイオードチップ６０ａの放熱性が低く、ダイオードチップ６０ａを含む周辺回路が熱的ダメージを受け易いという問題もある。

本発明は、このような課題に着目してなされたものであって、設計自由度を確保して発電機軸回りにコンパクトに構成することができ、断線の恐れ等も低減して放熱性にも優れた、信頼性の高い整流用ダイオード装置等を提供することを目的としている。

本発明は、かかる目的を達成するために、次のような手段を講じたものである。

すなわち、本発明の整流用ダイオード装置は、発電機軸に整流回路を組み込むにあたり、前記発電機軸に嵌合する軸孔を有する筒状のパッケージ本体の外周に薄板状のダイオードチップを、厚み方向を発電機軸の径方向に合致させて取り付けたことを特徴とする。

このように構成すると、ダイオードチップが発電機軸の外表面に扁平に収まるので、整流回路を発電機軸にコンパクトに組み込むことができ、また発電機軸の周囲に確保すべきスペースも低減されるため、周辺要素部品を含めた設計自由度を大幅に向上させることができる。しかも、ダイオードチップの面を発電機軸の外周に間接に密着させることができるので、高い放熱性も得ることができる。

より安定、堅牢な構造で電気的障害も生じ難い実施の態様としては、発電機軸の外周等角位置に取付面を設定して、各々の取付面に一対のダイオードチップを、アノードとカソードを逆向きにして各々対応する内側導電板を介してマウントし、その際に一方の内側導電板が整流回路の順方向接続ラインの一部となり、他方の内側導電板が当該整流回路の逆方向接続ラインの一部となるように構成するとともに、前記一対のダイオードチップに外側導電板を、アノードとカソードの接続ラインとして機能するように配置したものが挙げられる。ここに、発電機軸に近い側を内側導電板、遠い側を外側導電板としている。

このような整流用ダイオード装置を発電機軸回りに簡単に組付け可能とするためには、発電機軸に嵌合する軸孔を有する筒状のパッケージ本体の外周に薄板状のダイオードチップを、厚み方向を発電機軸の径方向に合致させて複数個組み付けることによりダイオードパッケージを構成することが有効となる。

本発明は、以上のような構成であるから、発電機軸の外周とステータの内周との間に、回転電磁子および励磁機ステータからなる交流励磁発電機と、回転界磁線輪および主発電機ステータからなる主発電機とを構成し、前記回転電磁子で発生する交流を前記整流回路で整流して前記回転界磁線輪に供給するようにして発電機システムを構成することが極めて有用となり得る。

この場合、発電機軸の外周とは、発電機軸そのものであることは必ずしも必要なく、発電機軸に取り付けたロータの外周も発電機軸の外周たり得る。

本発明は、以上説明した構成であるから、設計自由度を確保して発電機軸回りにコンパクトに構成することができ、断線の恐れ等も低減して放熱性にも優れた、信頼性の高い整流用ダイオード装置を提供することが可能となる。また、本発明のダイオードパッケージを用いれば、発電機軸に簡単に整流回路を構成することができ、また、本発明の整流用ダイオード装置を用いて発電機システムを構成すれば、コンパクトで信頼性、耐久性に優れた発電機システムを構築することが可能となる。

以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。

図１及び図３に示す本実施形態の整流用ダイオード装置Ａは、概略円筒状のパッケージ本体１０ａに複数のダイオードチップ１１ａ、１１ｂを組み込んでダイオードパッケージ１０を構成し、このダイオードパッケージ１０を図２に示す発電機システムを構成するハウジングＨ内に軸支された発電機軸１に取り付けている。

図２では本発明の要部以外の構成要素、例えば交流励磁発電機や主発電機部分を省略しているが、この発電機システムの原理は、図５に示したように、発電機軸１とステータ３の間に、回転電磁子（ロータ巻線）４ａと励磁機ステータ４ｂからなる交流励磁発電機４、及び、回転界磁線輪（ロータ巻線）５ａと主発電機ステータ５ｂからなる主発電機５が構成され、回転電磁子４ａで発生する交流はダイオード６ａをブリッジ状に接続した整流回路６を介して回転界磁線輪５ａに直流として供給され、ここから主発電機ステータ５ｂを介してコンバータ８に発電機出力として取り出されるものである。図において符号９で示すものは、回転磁石９ａと磁石発電機ステータ９ｂからなるＰＭＧ（磁石発電機）である。図２の発電機システムは、このような構成をハウジングＨ内に一体的に組み込み、発電機軸１に駆動源から動力が与えられることによって発電を行うユニットである。発電機軸１内には冷却ジャケット１ａが設けられている。

図３は図１の要部分解斜視図であり、図４は図２の要部拡大断面図である。これらの図において、本発明の要部以外の構成要素、例えば絶縁材等は省略してある。

ダイオードパッケージ１０は、前記発電機軸１に嵌合させて取り付けられ、取付状態でパッケージ本体１０ａに組み込んだダイオードチップ１１ａ、１１ｂを、発電機軸１の外周位に、厚み方向を発電機軸１の径方向に合致させて配置するようにしている。ダイオードチップ１１ａ、１１ｂは、厚み方向の両面にアノードＡｎとカソードＣａを有する薄板状のものである。

パッケージ本体１０ａは、軸心部に軸孔１０ａ１を有する六角筒状のもので、外周等角位置に設定した６つの平坦な取付面１０ｂの１つおきに、薄板状の内側導電板１２ａ、１２ｂ、薄板状の前記ダイオードチップ１１ａ、１１ｂ、薄板状の外側導電板１３を順次積層状態で取り付けている。

１つの取付面１０ｂに着目すると、図４に示すように、一対の内側導電板１２ａ、１２ｂが互いに非接触状態で配置され、それらの上に各々対応するダイオードチップ１１ａ、１１ｂがアノードＡｎとカソードＣａを逆向きにしてマウントされている。図３等に示す取付面１０ｂの３箇所に各々対をなして設けられる内側導電板１２ａ、１２ｂのうち、一方の内側導電板１２ａ、１２ａ同士は互いに導通されて図５に示した整流回路６の順方向接続ラインＬ１の一部を構成し、また、図３等に示す他方の内側導電板１２ｂ、１２ｂ同士は互いに導通されて図５に示した整流回路６の逆方向接続ラインＬ２の一部を構成している。両ラインＬ１，Ｌ２は回転界磁線輪５ａの両端に接続されている。さらに、図３及び図４に示すように、各取付面１０ｂに配置された一対のダイオードチップ１１ａ、１１ｂの外向き面にまたがる位置に、外側導電板１３を密着させて導通状態で取り付け、各々の外側導電板１３を、図５に示した整流回路６の一対のダイオード６ａ、６ａ間（すなわち、ダイオードチップ１１ａ、１１ｂ間）を電気的に接続する接続ラインＬ３としている。これら３つの外側導電板１３は、パッケージ本体１０ａ内においては互いに非導通状態とされ、三相回転電機子４ａの各スター状端子にそれぞれ電気的に接続される。外側導電板１３はＬ字状をなしており、その起立片１３ａは周辺部位への固定や電気的接続のために利用される。

図１において、外周位に嵌装されているのは、図４に示した内側導電板１２ａ、１２ｂやダイオードチップ１１ａ、１１ｂ、外側導電板１３等を束ねる鋼板１４であり、その上に図示しない樹脂テープが巻回されて、鋼板１４を含む各要素部品１３、１１ａ、１１ｂ、１２ａ、１２ｂを軸心方向へ押し付け、遠心力に対するバックアップがなされている。軸方向端部に取り付けられているのはエンドカバー１５である。

なお、パッケージ本体１０ａの外周においてダイオードチップ１１ａ、１１ｂが取り付けられていない取付面１０ｂは、必要に応じ、電気的な接続や絶縁等のための部材取付場所として利用される。

以上のように、本実施形態の整流用ダイオード装置Ａは、発電機軸１に整流回路６を組み込むにあたり、前記発電機軸１に嵌合する軸孔１０ａ１を有する筒状のパッケージ本体１０ａの外周に薄板状のダイオードチップ１１ａ、１１ｂを、厚み方向を発電機軸１の径方向に合致させて取り付けるようにしたものである。このように、ダイオードチップ１１ａ、１１ｂを発電機軸１の外表面に扁平に収めたことにより、整流回路６を発電機軸１にコンパクトに組み込むことを可能にしているものであり、周辺スペースを開放して、要素部品を含めた設計自由度を大幅に向上させることができる。しかも、ダイオードチップ１１ａ、１１ｂの面を発電機軸１の外周にパッケージ本体１０ａを介して密着させる構造であるため、発電機軸１内に冷却ジャケット１ａが設けられていることとも相俟って高い放熱性も得ることができ、熱的なトラブルを低減して、信頼性や耐久性を有効に向上させることが可能となる。

具体的には、発電機軸１の外周等角位置に取付面１０ｂを形成して、各々の取付面１０ｂに一対のダイオードチップ１１ａ、１１ｂを、アノードＡｎとカソードＣａを逆向きにして各々対応する内側導電板１２ａ、１２ｂを介してマウントし、その際に一方の内側導電板１２ａが整流回路６の順方向接続ラインＬ１の一部となり、他方の内側導電板１２ｂが当該整流回路６の逆方向接続ラインＬ２の一部となるように構成するとともに、一対のダイオードチップ１１ａ、１１ｂに外側導電板１３を、アノードＡｎとカソードＣａの接続ラインＬ３として機能するように配置している。このように構成することで、発電機軸１の外周に内側導電板１２ａ、１２ｂ、ダイオードチップ１１ａ、１１ｂ、外側導電板１３を機械的に押し付けるように接触させて導通させることができるので、構造簡単で安定、堅牢なものとなり、また、リード線を極力使用しないことにより、断線や絶縁不良を生じ難い構造にすることができる。

そして、本実施形態のダイオードパッケージ１０は、上記の整流用ダイオード装置Ａを構成すべく、発電機軸１に嵌合する軸孔１０ａ１を有する筒状のパッケージ本体１０ａの外周に薄板状のダイオードチップ１１ａ、１１ｂを、厚み方向を発電機軸１の径方向に合致させて複数個組み付けることによって構成しているため、軸孔１０ａ１を発電機軸１に嵌合させるだけでダイオードパッケージ１０に付帯する複数のダイオードチップ１１ａ、１１ｂを発電機軸１の外周に所定姿勢で同時かつ簡単・確実に配置することができ、組立作業の簡素化や組立精度の向上を有効に実現することができる。

そして、本実施形態の発電機システムは、発電機軸１の外周とステータ３の内周との間に、回転電磁子４１および励磁機ステータ４２からなる交流励磁発電機４と、回転界磁線輪５１および主発電機ステータ５２からなる主発電機５とを構成し、回転電磁子４１で発生する交流を上記のダイオードパッケージ１０により構成される整流回路６で整流して回転界磁線輪５ａに供給するようにしているので、発電機軸１上に交流発電部４、整流回路６および主発電部５を密集させて効率良く配置することができ、発電機システム全体のコンパクト化や簡素化に資するとともに、回転体としても回転モーメントの小さい、バランスの良好なものにすることが可能となる。

したがって、本実施形態の整流用ダイオード装置は、可及的な小型軽量化、信頼性および耐久性が要求される航空機等に適用して極めて有用なものとなり得る。

なお、各部の具体的な構成は、上述した実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。例えば、上記実施形態では、パッケージ本体の外周に設定した６つの取付面のうちの３つにダイオードチップを各一対に取り付けたが、６つの取付面の各々にダイオードチップを１つづつ取り付ける構成等も可能である。

本発明の一実施形態に係る整流用ダイオード装置を構成するダイオードパッケージの斜視図。 同ダイオードパッケージを取り付けた発電機システムの内部構造を一部省略して示す断面図。 図１の分解斜視図。 図２の要部拡大断面図。 一般的な発電機システムの概略的な構成図。 従来のダイオード取付構造を示す断面図。

符号の説明

１…発電機軸
４…整流回路
４…交流励磁発電機
４ａ…回転電磁子
４ｂ…励磁機ステータ
５…主発電機
５ａ…回転界磁線輪
５ｂ…主発電機ステータ
１０…ダイオードパッケージ
１０ａ…パッケージ本体
１０ｂ…取付面
１１ａ、１１ｂ…ダイオードチップ
１２ａ、１２ｂ…内側導電板
１３…外側導電板
Ａ…整流用ダイオード装置
Ａｎ…アノード
Ｃａ…カソード
Ｌ１…順方向ライン
Ｌ２…逆方向ライン
Ｌ３…接続ライン

Claims (4)

1. 発電機軸に整流回路を組み込むにあたり、前記発電機軸に嵌合する軸孔を有する筒状のパッケージ本体の外周に薄板状のダイオードチップを、厚み方向を発電機軸の径方向に合致させて取り付けたことを特徴とする整流用ダイオード装置。
2. 発電機軸の外周等角位置に取付面を設定して、各々の取付面に一対のダイオードチップを、アノードとカソードを逆向きにして各々対応する内側導電板を介してマウントし、その際に一方の内側導電板が整流回路の順方向接続ラインの一部となり、他方の内側導電板が当該整流回路の逆方向接続ラインの一部となるように構成するとともに、前記一対のダイオードチップに外側導電板を、アノードとカソードの接続ラインとして機能するように配置している請求項１記載の整流用ダイオード装置。
3. 請求項１又は２何れかに記載の整流用ダイオード装置を構成すべく、発電機軸に嵌合する軸孔を有する筒状のパッケージ本体の外周に薄板状のダイオードチップを、厚み方向を発電機軸の径方向に合致させて複数個組み付けてなることを特徴とするダイオードパッケージ。
4. 請求項１又は２何れかに記載の整流用ダイオード装置を利用したものであって、発電機軸の外周とステータの内周との間に、回転電磁子および励磁機ステータからなる交流励磁発電機と、回転界磁線輪および主発電機ステータからなる主発電機とを構成し、前記回転電磁子で発生する交流を前記整流回路で整流して前記回転界磁線輪に供給するようにしていることを特徴とする発電機システム。
   
   

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