JP5631521B2

JP5631521B2 - 回転電機

Info

Publication number: JP5631521B2
Application number: JP2014503397A
Authority: JP
Inventors: 和徳田中; 俊之大西
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2012-03-09
Filing date: 2012-03-09
Publication date: 2014-11-26
Anticipated expiration: 2032-03-09
Also published as: US20140339931A1; CN104115373A; JPWO2013132653A1; EP2824805A4; WO2013132653A1; EP2824805A1; US9614415B2; EP2824805B1; CN104115373B

Description

本発明は、回転電機に関するものである。

従来の車両用交流発電機の整流装置として、例えば、特許文献１には、整流素子の冷却を担う馬蹄形のヒートシンクが開示されている。ヒートシンクには、それぞれ放射状に延びる複数のフィンが設けられている。かかるヒートシンクでは、一部のフィンの外周端側を肉厚に形成し、隣り合うフィン同士が食いつくことでフィンが損傷することを回避する工夫がなされている。

また、特許文献２には、整流素子を冷却ヒートシンクに圧入固定するタイプにおいて、ヒートシンクの複数のフィンが、素子圧入方向と垂直な方向に延び、且つ、それらフィンが相互に平行に延びる構成が開示されている（特許文献２のＦｉｇ．７参照）。

特許第３５２７５１６号公報国際公開第２０１１／０７０２８０号パンフレット

これらの従来のヒートシンクのうち、まず、特許文献１に開示された構成について考察する。冷却効率を向上する目的で、比較的ピッチが狭く径方向長さ・軸方向長さが共に長いものが望まれる構成においては、第１のパターンとして、型による製造品では必ず生じるテーパが無視し難いことから、フィン成形部位において放射方向に型を開く選択がされる場合がある。この場合には、略筒状の発電機本体スペース内の収納効率は高くなる利点があるものの、その一方で、構成上、成形型が複雑で製造スペースを他の態様より余分にとってしまい、生産性の改善がされない問題があった。

一方、第２のパターンとしては、軸方向に型を開く場合がある。この場合には、型移動スペース効率が改善される利点はあるが、回転子ファンで生じた軸流れに対し流路が狭まる（素子支持部であるベースに向かって狭まる）構成を作ってしまい、つまり冷却効率悪化の懸念が生じる。

さらに、特許文献１の図１０に開示されたように、食い付き防止用にフィン外周端部側に厚肉部を形成した場合、通常であれば必然的に軸方向に型を開くこととなるため、フィン部テーパによる冷却効率悪化が避けられない問題があった。このように、特許文献１に開示の構成は、製造プロセスの選択に関連した一長一短の評価がある。

次に、特許文献２の構成は、ヒートシンクベース本体が平板状、かつ、複数のフィンが互いに平行に延びる構成であるが、特許文献１のような外周に向けて互いに間隔が広がる放射状のフィンと比べて、頻度こそ少ないもののそれでもフィン同士がからまることはある。しかし、特許文献２の構成でフィン相互間で先端部を部分的に厚肉にする対策をしてしまうと、軸方向に開く型での成形となり、その結果、放熱先である軸方向の冷却流れに対し狭窄を生じる構成となってしまい、あるいは、狭窄を考慮してフィンピッチを低下させる構成となってしまい、製品性が向上できない問題を生じる。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、回転軸冷却流れの冷却効率を低下させることなく、組立時にヒートシンクのからまりによる作業性の悪化を防止することができる整流装置を備えた回転電機を提供することを目的とする。

上述した目的を達成するため、本発明の回転電機は、ケーシング内に回転可能に支持された回転子と、固定子巻線を有し、前記ケーシングに支持された固定子と、前記ケーシングの軸方向の一端側の外側に配設され、前記固定子巻線に発生する交流を整流する整流装置と、前記ケーシングの軸方向の一端側の外側に配設され、前記固定子で生じた交流電圧の大きさを調整する電圧調整器とを備え、前記整流装置は、整流素子を支持し且つ該整流素子を冷却する複数のフィンを有するヒートシンクを含み、前記複数のフィンは、各フィン群ごとに、一方向に平行に整列して延びており、前記フィン群それぞれにおいて、前記複数のフィンの両側の側面のうち、最外側の一対のフィンにおけるそれぞれ外側の面のみには、食い付き防止部が設けられている。

本発明によれば、回転軸冷却流れの冷却効率を低下させることなく、組立時にヒートシンクのからまりによる作業性の悪化を防止することもできる。

本発明の実施の形態に係る車両用交流発電機を示す側断面図である。実施の形態に係る車両用交流発電機における整流装置の装着状態を説明する背面視図であって、カバー未装着の状態を示す図である。図２の整流装置を分解して示す平面視図である。（ａ）は、図２の整流装置の負極側ヒートシンクの平面図であり、（ｂ）は、フィンの部分拡大図である。負極側ヒートシンクのフィン周辺の成形型構成を概説する部分拡大概説図である。（ａ）は、図５の負極側ヒートシンクフィン周辺に対しＡ−Ａ線を表示したものであり、（ｂ）は、Ａ−Ａ線の箇所における成形型構成を概説する部分断面図である。図２の食い付き防止部周辺の部分拡大図である。

以下、本発明に係る回転電機を、車両用交流発電機として実施した場合の実施の形態について添付図面に基づいて説明する。なお、図中、同一符号は同一又は対応部分を示すものとする。

図１は、この発明の実施の形態に係る車両用交流発電機を示す側断面図、図２は、実施の形態１に係る車両用交流発電機における整流装置の装着状態を説明する背面視図であって、保護カバー未装着状態のものである。

図１および図２に示されるように、車両用交流発電機１のケーシング４は、それぞれ略椀形状のアルミニウム製のフロントブラケット２及びリヤブラケット３を含んでいる。ケーシング４には、一対の軸受５を介してシャフト６が回転自在に支持されている。

ケーシング４のフロント側に延出するシャフト６の端部には、プーリ７が固着されている。また、ケーシング４内には、回転子８が配置されており、回転子８は、シャフト６に固定されている。この回転子８の軸方向の両端面には、ファン１１が固定されている。固定子１２は、回転子８を囲むようケーシング４に固定されている。

車両用交流発電機１のリヤ側には、一対のスリップリング１５、一対のブラシ１６、ブラシホルダ１７、電圧調整器１９、コネクタ２０、整流装置２１及び保護カバー２７が設けられている。

一対のスリップリング１５は、ケーシング４のリヤ側に延出するシャフト６の延出部に固定され、回転子８に電流を供給する。一対のブラシ１６は、各スリップリング１５の表面に摺動するように設けられている。ブラシホルダ１７は、これらのブラシ１６を収容している。

電圧調整器１９は、ブラシホルダ１７の外径側に配されるヒートシンク１８に取り付けられて、固定子１２で生じた交流電圧の大きさを調整する。コネクタ２０は、ヒートシンク１８の取付部と一体に成形されて、電圧調整器１９と外部装置（図示せず）との信号の入出力を行う。

整流装置２１は、リヤブラケット３のリヤ側に配置されており、固定子１２で生じる交流電圧を直流電圧に整流する。また、保護カバー２７は、ブラシホルダ１７、電圧調整器１９、整流装置２１を覆うようにリヤブラケット３に装着される。

回転子８は、ランデル型回転子で、励磁電流が流されて磁束を発生する界磁巻線９と、界磁巻線９を覆うよう設けられ、その磁束によって磁極が形成されるポールコア１０とを備えている。

また、固定子１２は、円筒状の固定子鉄心１３と、固定子鉄心１３に巻装され、回転子８の回転に伴い、界磁巻線９からの磁束の変化で交流が生じる固定子巻線１４とを備えている。固定子１２は、固定子鉄心１３をフロントブラケット２及びリヤブラケット３の開口端に軸方向両端から挟持されて回転子８を取り囲むよう配設されている。

整流装置２１は、複数個の正極側整流素子２５が実装された正極側ヒートシンク２２と、複数個の負極側整流素子２６が実装された負極側ヒートシンク２３と、サーキットボード２４とを備える。

さらに、整流装置２１の詳細について、図３及び図４を参照して説明する。図３は、図２の整流装置を分解して示す平面視図である。また、図４の（ａ）は、図２の整流装置の負極側ヒートシンクの平面図であり、図４の（ｂ）は、フィンの部分拡大図である。

整流装置２１は、正極側ヒートシンク２２と負極側ヒートシンク２３との間にサーキットボード２４を挟み込むように構成されており、軸方向視、略Ｃ字状に構成されている。正極側整流素子２５と負極側整流素子２６とは、サーキットボード２４を介して所定のブリッジ回路を構成するように接続される。

このように構成された整流装置２１は、スリップリング１５の外周側において、シャフト６の軸心と直交する平面上に配置されており、さらに、当該平面上でシャフト６を中心とする扇状をなしている。また、整流装置２１は、リヤブラケット３の外側端面に締結態様で固定されている。

図１に示されるように、固定子巻線１４のリード線１４ａは、リヤブラケット３から引き出されてサーキットボード２４の端子２４ａに結線され、整流装置２１と固定子巻線１４とが電気的に接続される。また、ブラシホルダ１７は、整流装置２１の略Ｃ字状の先端間に配置されて、リヤブラケット３の外側端面に締着固定されている。

次に、負極側ヒートシンク２３の構成について、図３及び図４を参照して説明する。負極側ヒートシンク２３は、リヤブラケット３への固定を担う複数の取付孔２３ａと、負極側整流素子２６を支持する複数の素子支持孔２３ｂと、それら素子支持孔２３ｂの外周側に互いに平行に延びる複数のフィン２３ｃとを有する。これら複数のフィン２３ｃは、各フィン群１２３ごとに、軸方向（Ｙ方向）以外の一方向（Ｙ方向と交差する方向あるいはＺＸ平面上を延びる方向）に平行に整列している。

フィン２３ｃは、高い冷却効率を得るため平面方向にも軸方向にも比較的長く設けられる。フィン２３ｃは、金型内にアルミニウム合金の溶湯を高速・高圧で射出し、所望とする形状の構造体を鋳造する公知のアルミニウムダイカスト鋳造で製造される。本発電機では、図３に示されるよう、一対の負極側ヒートシンク２３が、それぞれ一端側の取付孔２３ａを一致させて配置され、仮想中心線ＣＬを中心とした線対称に並んで取り付けられることで、扇状に広がった冷却体を成している。

平行に延出する複数のフィン２３ｃの一まとまりのフィン群１２３のうち、最外側の一対のフィン２３ｃにおけるそれぞれ外側の面のみには、食い付き防止部２３ｄが形成されている。食い付き防止部２３ｄはそれぞれ、対応する最外側のフィン２３ｃの先端周辺において、外向きに盛り上がる厚肉部分として構成されている。図４（ｂ）に示されるように、食い付き防止部２３ｄが設けられるフィン先端の「厚みｔ」は、隣接するフィン相互間「距離ｇ」よりも大きい。また、フィン群１２３それぞれにおいて、複数のフィン２３ｃの両側の側面のうち、最外側の一対のフィン２３ｃにおけるそれぞれ外側の面以外の側面は、肉厚部分のない平坦な面となっている。

図５は、負極側ヒートシンクのフィン周辺の成形型構成を概説する部分拡大概説図である。図６の（ａ）は、図５の負極側ヒートシンクフィン周辺に対しＡ−Ａ線を表示したものであり、（ｂ）は、Ａ−Ａ線の箇所における成形型構成を概説する部分断面図である。図５に示されるように、食い付き防止部２３ｄは、最外側面のみに設けられるので、フィン群１２３における最外側の一対のフィン２３ｃの内面間の領域Ｌは、フィンの延びる方向すなわち横方向（相互に直交する３軸ＸＹＺのうちの概ねＸ方向）の開き型の概略例１２９ａで成形される。また、最外側の一対のフィン２３ｃにおけるそれぞれ外側の面Ｖであって、食い付き防止部２３ｄを含む外側の面Ｖは、軸方向（Ｙ方向）の開き型、すなわち、図６に示すような上型１２９ｂ及び下型１２９ｃにより成形される。

複数のフィン２３ｃに生じるテーパは、型の開き方向であり、すなわち軸方向（Ｙ方向）に対し直交するような方向であるので、冷却流れの方向（Ｙ方向）には均等な通風路を成すことができ、軸流れチョーク等による冷却性能を低下させない。また、最外側面のフィン先端周辺が厚肉でフィン相互間隣接距離より大きいので、他のヒートシンクのフィン部とからみあって食いつくことが回避される。

軸方向（Ｙ方向）に開く型で成形される素子支持孔２３ｂが、フィン２３ｃ背面（最外側面に連続している）に近接しているので、食い付き防止部２３ｄを有するフィン群１２３の最外側の部位と、素子支持孔２３ｂとは、共通となる一対の上下型（すなわち上型１２９ｂ及び下型１２９ｃ）で成形してしまうことができ、つまりは、最外側の部位だけを成形するための型を別個に用意しておく必要はない。

なお、本発明としては、型の態様は、Ｘ方向の開き態様とＹ方向の開き態様とでヒートシンクの構成を実現できればよく、型の種類や使用数は特に限定されるものではない。よって、例えば、取付孔２３ａ周辺と素子支持孔２３ｂ周辺とを個別の型で成形する態様、及び／又は、フィン群１２３の最外側の部位と素子支持孔２３ｂとを個別の型で成形する態様を、適宜、採用することも可能である。また、一つの型で複数のフィン群１２３をまとめて成形してしまう態様も可能である。

食い付き防止部２３ｄは、フィン群１２３の最外側面に延出して設けられ、それらフィン群１２３の相互間には、図１、図２及び図７に示されるように、サーキットボード２４の接続端子部２４ａが配置される構成である。この接続端子部２４ａは、結線される対象としてリヤブラケット３から引き出される固定子巻線１４のリード線１４ａをガイドするよう比較的長く延びた形状であり、搭載される車両の振動を受けやすい（図１参照）。しかし、本実施の形態では、図６に拡大して示されるように、サーキットボード２４の固定部から離れた部位において、食い付き防止部２３ｄが周方向両側から近接して接続端子部２４ａを囲む配置になっており、この食い付き防止部２３ｄが振動抑制作用を発揮する。その結果、サーキットボード２４の信頼性を向上できる効果をさらに奏するものである。

このように本実施の形態によれば、平行に延出する複数のフィンの一まとまりのフィン群のうち、最外側の一対のフィンにおけるそれぞれ外側の面に、食い付き防止部を形成しているので、型開き方向を放射方向や軸方向とすることがないよう、平行に延出する複数のフィンを採用しておりながらも、フィン同士の食い付きを回避することができる。よって、回転軸冷却流れの冷却効率を低下させることなく、組立時にヒートシンクのからまりによる作業性の悪化を防止することもできる。

以上、好ましい実施の形態を参照して本発明の内容を具体的に説明したが、本発明の基本的技術思想及び教示に基づいて、当業者であれば、種々の改変態様を採り得ることは自明である。

なお、上記負極側ヒートシンクは３つの素子を支持し、左右一対で発電機に装着されるが、これに限るものではなく、ひとつのヒートシンクに３つの素子を支持したものだけで成るもの、６つの素子を支持して成るもの等、求められる仕様により様々な形態が可能である。

１車両用交流発電機（回転電機）、４ケーシング、８回転子、１２固定子、１４固定子巻線、２１整流装置、２２正極側ヒートシンク、２３負極側ヒートシンク、２３ｃフィン、２３ｄ食い付き防止部、２４サーキットボード、１２３フィン群。

Claims

ケーシング内に回転可能に支持された回転子と、
固定子巻線を有し、前記ケーシングに支持された固定子と、
前記ケーシングの軸方向の一端側の外側に配設され、前記固定子巻線に発生する交流を整流する整流装置と、
前記ケーシングの軸方向の一端側の外側に配設され、前記固定子で生じた交流電圧の大きさを調整する電圧調整器とを備え、
前記整流装置は、整流素子を支持し且つ該整流素子を冷却する複数のフィンを有するヒートシンクを含み、
前記複数のフィンは、各フィン群ごとに、一方向に平行に整列して延びており、
前記フィン群それぞれにおいて、前記複数のフィンの両側の側面のうち、最外側の一対のフィンにおけるそれぞれ外側の面のみには、食い付き防止部が設けられている、
回転電機。
一対の前記食い付き防止部はそれぞれ、前記最外側の一対のフィンにおけるそれぞれ外側の面から一体に延出する厚肉部分である、請求項１の回転電機。
複数の前記フィン群の間に配されるサーキットボードの接続端子部は、隣接する厚肉部分で囲まれる、請求項２の回転電機。
前記フィン群それぞれにおいて、そのフィン群における前記最外側の一対のフィンの内面間の領域は、前記フィンの延びる方向に開く型で成形されており、
前記最外側の一対のフィンにおけるそれぞれ外側の面は、軸方向に開く型で形成されている、
請求項３の回転電機。
前記最外側の一対のフィンにおけるそれぞれ外側の面は、前記ヒートシンクに設けられる取付孔あるいは素子支持孔を成形する型と同一の型で成形される、請求項４の回転電機。
前記ヒートシンクは、ダイカスト製ヒートシンクである、請求項４又は５の回転電機。
前記食い付き防止部が設けられるフィン先端の厚みは、隣接するフィン相互間距離よりも大きい、請求項１乃至６の何れか一項の回転電機。