JPWO2015063924A1 - 車両用回転電機 - Google Patents

Abstract

車両用回転電機は、ケーシングの固定部に固定された整流装置を備えている。整流装置は、整流素子が装着されたヒートシンクと、固定子から引き出された固定子リードを整流素子と電気的に接続するサーキットボードとを有している。ヒートシンクは、素子装着部と、素子装着部から径方向外側に突出した軸流フィンとを有している。ケーシング及び軸流フィンの一方には、軸流フィンを軸線方向について支持する支持部が設けられている。支持部は、整流装置を軸線方向に沿って見たとき、固定部から離れた位置で、固定子リードガイドに隣接して配置されている。

Description

この発明は、回転子及び固定子を備えた車両用回転電機に関するものである。

回転子と固定子とを収容するフレームと、フレームの外端面に固定される整流装置とを備えた車両用交流発電機が従来から知られている。整流装置は、周方向に間隔を隔ててフレームから突出した複数の締結固定部に締結され、整流素子が配置された大径フィンを有している。フレームには、大径フィンの振動を抑制するために、フレームから突出して大径フィンに接する突起部が設けられている。突起部の位置は、２つの締結固定部間の周方向中間位置となっている（例えば、特許文献１参照）。

また、複数の整流素子が取り付けられた冷却フィンの放熱面を大きくして冷却フィンの冷却性能を高めるために、冷却フィンの外周部に複数のスリットを通風方向に沿って設けた整流器を有する車両用交流発電機が従来から知られている。冷却フィンは、固定子からの出力線と各整流素子とを電気的に接続する端子台と複数のリベットにより相互に固定されている。各リベットの位置は、冷却フィンの外周部よりも内周側の位置となっている（例えば、特許文献２参照）。

特許第４１２６８１３号公報 特許第３９５６０７６号公報

しかし、特許文献１に示した車両用交流発電機では、大径フィンが単なる板状部材であるので、大径フィンの冷却性能の向上をさらに図ることが困難になってしまう。

また、特許文献２に示されている従来の車両用交流発電機では、冷却フィンの外周部が各リベットからみて片持ちとなってしまい、冷却フィンが振動しやすくなってしまう。また、冷却フィンの放熱面をさらに広げるために冷却フィンの外周部の厚さを他の部分よりも厚くすると、冷却フィンの外周部の重量が増加してしまい、冷却フィンの振動がさらに大きくなってしまう。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、ヒートシンクの冷却性能を向上させると共に、整流装置の振動を抑制することができる車両用回転電機を得ることを目的とする。

この発明による車両用回転電機は、軸線を中心に回転される回転子、回転子と同軸に配置され、固定子巻線を有する固定子、回転子と固定子とを支持するケーシング、及び整流素子と、整流素子が装着され軸線方向についてケーシングに対向して設けられたヒートシンクと、固定子巻線から引き出された固定子リードを整流素子と電気的に接続するサーキットボードとを有し、ケーシングの固定部に固定されている整流装置を備え、ヒートシンクは、整流素子が装着された素子装着部と、素子装着部から径方向外側に向かって突出する軸流フィンとを有し、サーキットボードは、固定子リードをガイドする固定子リードガイドを有し、軸流フィン及びケーシングの一方には、軸流フィンを軸線方向について支持する支持部が設けられており、支持部は、整流装置を軸線方向に沿って見たとき、固定部から離れた位置で、固定子リードガイドに隣接して配置されている。

この発明による車両用回転電機によれば、軸流フィンが素子装着部から径方向外側に向かって突出しているので、ヒートシンクの放熱面の面積を増加させることができ、ヒートシンクの冷却性能の向上を図ることができる。また、軸流フィン及びケーシングの一方に設けられた支持部が軸流フィンを軸線方向について支持するので、軸流フィンの振動を支持部によって抑制することができる。これにより、ヒートシンクの振動を抑制することができ、整流装置の振動を抑制することができる。

この発明の実施の形態１による交流発電機を示す断面図である。 図１の保護カバーを外した状態で軸線方向に沿って見たときの交流発電機を示す背面視図である。 図２の整流装置を示す斜視図である。 図３の整流装置を分解した状態を示す平面図である。 図４の負極側ヒートシンクを示す斜視図である。 図１のリヤブラケットを軸線方向背面から見た状態を示す平面図である。 図２の矢印Ａに沿って見たときの整流装置を示す拡大概略図である。 この発明の実施の形態２による交流発電機の支持部を含む要部を示す側面拡大図である。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による車両用交流発電機を示す断面図である。図１において、車両用回転電機である車両用交流発電機１（以下、単に交流発電機１と称す）は、発電機本体（回転電機本体）１０と、発電機本体１０外に配置された電圧調整装置３０及び整流装置４０と、電圧調整装置３０及び整流装置４０を覆い発電機本体１０に装着された保護カバー５０とを有している。

発電機本体１０は、軸線を中心に回転される回転子１１と、回転子１１の径方向外側に配置され、回転子１１の外周を囲む筒状の固定子１２と、回転子１１及び固定子１２を支持するケーシング１３と、回転子１１への給電を行うためのブラシ装置１４とを有している。

回転子１１は、回転子１１の軸線上に配置されたシャフト１５と、シャフト１５に設けられ、ケーシング１３内に収容された回転子本体１６とを有している。回転子本体１６は、ブラシ装置１４からの給電により励磁電流が流されて磁束を発生する界磁巻線（図示せず）と、界磁巻線が設けられ、界磁巻線が発生する磁束により磁極が形成される回転子鉄心１７とを有している。回転子本体１６の軸線方向両端部には、冷却風を発生させるための冷却ファン１８が設けられている。

固定子１２は、回転子１１と同軸に配置されている。また、固定子１２は、回転子本体１６を囲む円筒状（環状）の固定子鉄心１９と、固定子鉄心１９に設けられ、回転子１１の回転に伴い界磁巻線からの磁束の変化で交流起電力が生じる固定子巻線２０とを有している。

固定子鉄心１９は、磁性体（例えば、鉄等）により構成されている。固定子巻線２０からは、電気的接続端である固定子リード２０ａがケーシング１３外に引き出されている。固定子リード２０ａは、ケーシング１３外で整流装置４０と接続されている。

ケーシング１３は、それぞれ略椀形状のフロントブラケット２１及びリヤブラケット２２により構成されている。フロントブラケット２１及びリヤブラケット２２は、それぞれの開口部同士を対向させて固定子１２を挟んだ状態で、複数本のボルトによって互いに固定されている。

シャフト１５は、フロントブラケット２１及びリヤブラケット２２のそれぞれを貫通している。また、シャフト１５は、フロントブラケット２１及びリヤブラケット２２のそれぞれに軸受２４を介して回転自在に支持されている。フロントブラケット２１からケーシング１３外へ突出するシャフト１５の端部には、内燃機関に連結された伝達ベルト（図示せず）が巻き掛けられるプーリ２５が固定されている。

ブラシ装置１４は、リヤブラケット２２からケーシング１３外へ突出したシャフト１５の端部に固定された一対のスリップリング２６と、ブラシホルダ２７によって保持された状態で各スリップリング２６に個別に接触する一対のブラシ２８とを有している。スリップリング２６は、界磁巻線に電気的に接続されている。界磁巻線への給電は、ブラシ２８からスリップリング２６を通して行われる。シャフト１５が回転しているときには、各スリップリング２６が各ブラシ２８に摺動する。

電圧調整装置３０は、ブラシホルダ２７の径方向外側に配置されている。電圧調整装置３０は、固定子１２で生じる交流電圧の大きさを調整している。

図２は、図１の保護カバー５０を外した状態で軸線方向に沿って見たときの交流発電機１を示す背面視図である。また、図３は、図２の整流装置４０を示す斜視図である。さらに、図４は、図３の整流装置４０を分解した状態を示す平面図である。

図１〜図４に示すように、整流装置４０は、軸線方向についてリヤブラケット２２から離れた位置に配置された正極側ヒートシンク４１と、リヤブラケット２２及び正極側ヒートシンク４１の間に配置された負極側ヒートシンク４２と、正極側ヒートシンク４１及び負極側ヒートシンク４２の間に配置されたサーキットボード４３とを有している。また、整流装置４０は、正極側ヒートシンク４１に装着された正極側整流素子４４、及び負極側ヒートシンク４２に装着された負極側整流素子（整流素子）４５も有している。

正極側ヒートシンク４１は、図３及び図４に示すように、略Ｃ字状に形成された板状の正極素子装着部４１１と、正極素子装着部４１１から径方向内側に向かって突出し、軸線方向に沿って冷却流を通過させる複数枚の板状の正極側軸流フィン４１２とを有している。

正極素子装着部４１１は、負極側ヒートシンク４２とサーキットボード４３とを介してリヤブラケット２２に対向して配置されている。正極素子装着部４１１には、複数（この例では、６つ）の正極側整流素子４４が装着されている。

正極側整流素子４４は、周方向に互いに距離を置いて配置されている。また、正極側整流素子４４は、軸線方向について正極素子装着部４１１を貫通した状態で正極素子装着部４１１に装着されている。正極素子装着部４１１の軸線方向の寸法（厚み）は、正極側整流素子４４の軸線方向の寸法（厚み）と同等の寸法（厚み）に設定されている。

正極側軸流フィン４１２は、周方向に互いに距離を置いて正極素子装着部４１１の内周部に設けられている。また、正極側軸流フィン４１２は、軸線方向について正極素子装着部４１１からリヤブラケット２２に向かって延びている。正極側軸流フィン４１２の軸線方向の寸法は、正極素子装着部４１１の軸線方向の寸法よりも大きく設定されている。

図５は、図４の負極側ヒートシンク４２を示す斜視図である。図３〜図５に示すように、負極側ヒートシンク４２は、略Ｃ字状に形成された板状の負極素子装着部（素子装着部）４２１と、負極素子装着部４２１から径方向外側に向かって突出し、軸線方向に沿って冷却流を通過させる複数枚の板状の負極側軸流フィン（軸流フィン）４２２とを有している。また、負極側ヒートシンク４２は、リヤブラケット２２に対向して配置されている。

負極素子装着部４２１は、軸線方向についてリヤブラケット２２から隙間を空けて配置されている。負極素子装着部４２１には、複数（この例では、６つ）の負極側整流素子４５が装着されている。

負極側整流素子４５は、周方向に互いに距離を置いて配置されている。また、負極側整流素子４５は、軸線方向について負極素子装着部４２１を貫通した状態で負極素子装着部４２１に装着されている。負極素子装着部４２１の軸線方向の寸法（厚み）は、負極側整流素子４５の軸線方向の寸法（厚み）と同等の寸法（厚み）に設定されている。

負極側軸流フィン４２２は、周方向に互いに距離を置いて負極素子装着部４２１の外周部に設けられている。また、図３及び図５に示すように、負極側軸流フィン４２２は、軸線方向についてリヤブラケット２２から離れる方向へ負極素子装着部４２１から延びている。負極側軸流フィン４２２の軸線方向の寸法は、負極素子装着部４２１の軸線方向の寸法よりも大きく設定されている。

正極側ヒートシンク４１及び負極側ヒートシンク４２の材料には、共に金属が用いられており、この例では、共にアルミニウムが用いられている。

サーキットボード４３は、樹脂成型体（絶縁体）と、樹脂成型体と一体化された複数本のインサート導体（図示せず）とを有している。サーキットボード４３は、正極側整流素子４４と負極側整流素子４５とがブリッジ回路を構成するように正極側整流素子４４と負極側整流素子４５とを各インサート導体によって接続する。樹脂成型体は、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）などの絶縁性樹脂を用いて略Ｃ字状にモールド成型されている。複数のインサート導体は、インサート成型により樹脂成型体と一体化されている。

サーキットボード４３の樹脂成型体は、インサート導体がインサート成型された略Ｃ字状の基部４３１と、周方向に互いに距離を置いて基部４３１に設けられた複数（この例では、４つ）の固定子リードガイド４３２とを有している。

固定子リードガイド４３２は、軸線方向に沿って整流装置４０を見たとき、周方向について負極側軸流フィン４２２と隣り合うように設けられている。また、少なくとも一部（この例では、２つ）の固定子リードガイド４３２は、軸線方向に沿って整流装置４０を見たとき、周方向について負極側軸流フィン４２２に挟まれるように設けられている。さらに、軸線方向に沿って整流装置４０を見たとき、負極側軸流フィン４２２の径方向外側端部を繋げた最外径位置と、固定子リードガイド４３２の径方向外側端部を繋げた最外径位置とが同位置になっている。これにより、軸線方向に沿って整流装置４０を見たとき、少なくとも一部の固定子リードガイド４３２の周方向両側に負極側軸流フィン４２２が配置され、固定子リードガイド４３２の径方向内側に負極素子装着部４２１が配置され、少なくとも一部の固定子リードガイド４３２の三方を負極側ヒートシンク４２が囲むような構造になっている。

また、固定子リードガイド４３２には、図１に示すように、ガイド穴４３２ａが軸線方向へ貫通して設けられている。固定子リードガイド４３２は、ガイド穴４３２ａに固定子リード２０ａを通した状態で、サーキットボード４３のインサート導体へ固定子リード２０ａをガイドしている。

図６は、図１のリヤブラケット２２を軸線方向リヤ側背面（リヤ側）から見た状態を示す平面図である。図６に示すように、リヤブラケット２２には、複数（この例では、３つ）の固定部７０（７０ａ，７０ｂ，７０ｃ）が周方向について互いに離して設けられている。整流装置４０には、図２に示すように、各固定部７０の位置に合わせて複数（この例では、３つ）の取付部６０が設けられている。整流装置４０の各取付部６０は、リヤブラケット２２の各固定部７０に締結具（例えばボルト等）によってそれぞれ締結固定されている。整流装置４０は、図３に示すように、負極側ヒートシンク４２、サーキットボード４３、正極側ヒートシンク４１を順に重ね合わせた状態で、リヤブラケット２２に固定されている。

整流装置４０の取付部６０は、図４に示すように、正極素子装着部４１１に設けられた取付構成部６１と、負極素子装着部４２１に設けられた取付構成部６２と、基部４３１に設けられた取付構成部６３とが重ねられて構成されている。各取付構成部６１，６２，６３は、略Ｃ字状の負極素子装着部４２１、正極素子装着部４１１及び基部４３１の両端部周辺と中央部との計３箇所にそれぞれ設けられている。この例では、整流装置４０の中央部に位置する取付部６０が、３つの固定部７０のうち固定部７０ａに固定され、整流装置４０の両端部周辺に位置する取付部６０が、残りの２つの固定部７０である固定部７０ｂ，７０ｃに固定されている。

リヤブラケット２２には、複数（この例では、４つ）の貫通孔２３が固定子リード２０ａの位置に対応させて開けられている。一部の貫通孔２３の位置は、軸線方向についてリヤブラケット２２を見たとき、周方向について各固定部７０から離れた位置となっている。この例では、４つの貫通孔２３のうち、２つの貫通孔２３が、固定部７０ａの周方向両側で固定部７０ａに隣接して設けられた固定部隣接貫通孔２３ａとされ、残りの２つの貫通孔２３が、各固定部７０から離れた位置に設けられた固定部離間貫通孔２３ｂとされている。固定部離間貫通孔２３ｂは、各固定部７０ｂ，７０ｃのそれぞれと固定部７０ａとの間の中央周辺に設けられている。

サーキットボード４３の固定子リードガイド４３２の一部は、図１に示すように、貫通孔２３に挿入されている。固定子巻線２０から引き出された固定子リード２０ａは、貫通孔２３内に挿入された固定子リードガイド４３２のガイド穴４３２ａを通ってケーシング１３外に達し、サーキットボード４３のインサート導体に接続されることで、負極側整流素子４５及び正極側整流素子４４と電気的に接続される。

さらに、リヤブラケット２２には、軸線方向についてリヤブラケット２２から整流装置４０に向けて突出する複数（この例では、４つ）の支持部８０が設けられている。支持部８０は、リヤブラケット２２に一体となっており、周方向について互いに距離を置いて配置されている。また、支持部８０は、軸線方向に沿ってリヤブラケット２２を見たとき、各固定部７０よりも固定部離間貫通孔２３ｂに近い位置に配置されている。この例では、周方向について固定部離間貫通孔２３ｂを挟む位置（周方向両側）に支持部８０がそれぞれ設けられている。従って、支持部８０は、軸線方向に沿って整流装置４０を見たとき、各固定部７０から離れた位置で、周方向について固定子リードガイド４３２を挟む位置（即ち、固定子リードガイド４３２に周方向について隣接する位置）にそれぞれ設けられている。

図７は、図２の矢印Ａに沿って見たときの整流装置４０を示す拡大概略図である。図７に示すように、リヤブラケット２２から突出した支持部８０の端部は、支持部８０と対向する一部の負極側軸流フィン４２２の軸方向端部に接している。これにより、支持部８０は、複数の負極側軸流フィン４２２のうち、固定子リードガイド４３２の周方向両側に位置する負極側軸流フィン４２２（一部の負極側軸流フィン４２２）を軸線方向について支持している。

保護カバー５０は、リヤブラケット２２に固定されており、ブラシ装置１４、電圧調整装置３０、及び整流装置４０を保護している。

次に、交流発電機１の動作について説明する。バッテリ（図示せず）からブラシ２８、スリップリング２６を通じて界磁巻線に電流が供給されると、磁束が発生し、回転子鉄心１７が着磁される。この状態で、内燃機関（エンジン）からの駆動力によって回転子１１が回転されると、鎖交する磁束が変化し固定子巻線２０に起電力が生じる。この交流の起電力は、整流装置４０を通って直流に整流されるとともに、電圧調整装置３０によりその大きさが調整されてバッテリに充電される。

このような交流発電機１では、負極側軸流フィン４２２が素子装着部４２１から径方向外側に向かって突出しているので、負極側ヒートシンク４２の放熱面の面積を増加させることができ、負極側ヒートシンク４２の冷却性能の向上を図ることができる。また、負極側軸流フィン４２２を軸線方向について支持する支持部８０がリヤブラケット２２に設けられているので、負極側軸流フィン４２２を支持部８０で直接受けることができる。これにより、車両に搭載された整流装置４０が多大な振動を受けたときでも、図５の矢印で示すような負極側ヒートシンク４２の軸線方向及び径方向の振動を抑制することができ、整流装置４０の振動を抑制することができる。

また、支持部８０は、整流装置４０を軸線方向に沿って見たとき、リヤブラケット２２の各固定部７０から離れた位置で、固定子リードガイド４３２に隣接して配置されているので、固定子リードガイド４３２の振動を抑制することができる。これにより、ガイド穴４３２ａを通っている固定子リード２０ａの損傷を防ぐことができ、交流発電機１の信頼性の向上を図ることができる。

さらに、軸線方向に沿って整流装置４０を見たとき、支持部８０が、周方向について固定子リードガイド４３２を挟む位置にそれぞれ設けられているので、固定子リードガイド４３２の振動をより確実に抑制することができる。これにより、固定子リード２０ａの損傷をより確実に防ぐことができる。

また、各軸流フィン４１２，４２２の軸線方向の寸法は、各素子装着部４１１，４２１の軸線方向の寸法よりも大きくなっているので、放熱面の面積を大きくすることができ、冷却性能を向上させることができる。この場合、負極側軸流フィン４２２の寸法増大により負極側軸流フィン４２２の重量が大きくなっても、負極側軸流フィン４２２の振動を支持部８０により効果的に抑制することができる。

なお、上記実施の形態では、リヤブラケット２２から突出した支持部８０が負極側軸流フィン４２２と接しているが、支持部８０と負極側軸流フィン４２２との間に緩衝部材等を設けていてもよい。

実施の形態２．
実施の形態１では、支持部８０がリヤブラケット２２に設けられているが、実施の形態２では、支持部８０が負極側軸流フィン４２２に設けられている例について説明する。

図８は、この発明の実施の形態２による交流発電機１の支持部８０を含む要部を示す側面拡大図である。なお、図８は、実施の形態１の図７に対応する図である。図８に示すように、一部の負極側軸流フィン４２２の軸方向端部には、軸線方向について負極側軸流フィン４２２からリヤブラケット２２に向けて突出する複数の支持部８０が設けられている。この例では、負極側ヒートシンク４２及び各支持部８０が一体成形により得られた単一材となっている。各支持部８０の端部は、支持部８０と対向するリヤブラケット２２に接している。

また、支持部８０は、実施の形態１と同様に、軸線方向に沿ってリヤブラケット２２を見たとき、固定部離間貫通孔２３ｂに近い位置に配置されている。この例では、固定部離間貫通孔２３ｂを周方向について挟む位置に配置されている負極側軸流フィン４２２の軸方向端部に支持部８０がそれぞれ設けられている。従って、支持部８０は、軸線方向に沿って整流装置４０を見たとき、リヤブラケット２２の各固定部７０から離れた位置で、固定子リードガイド４３２に隣接して配置されている。その他の構成は、実施の形態１と同様である。

このような交流発電機１でも、負極側軸流フィン４２２に設けられた支持部８０が軸線方向について負極側軸流フィン４２２を支持することにより、負極側ヒートシンク４２の振動を抑制することができる。これにより、実施の形態１と同様に、整流装置４０の振動を抑制することができ、固定子リード２０ａの損傷を防ぐことができる。

なお、上記実施の形態では、負極側軸流フィン４２２から突出した支持部８０がリヤブラケット２２と接しているが、実施の形態１と同様に、支持部８０とリヤブラケット２２との間に緩衝部材等を設けていてもよい。

また、各上記実施の形態は、一実施例であり、各軸流フィン４１２，４２２、及び固定子リードガイド４３２等の構成部品の配置、個数、及び形状等は、これに限定されるものではない。例えば、各上記実施の形態では、周方向について固定子リードガイド４３２を挟む位置にのみ支持部８０を設けているが、リヤブラケット２２の構成が許す限り、複数箇所に支持部８０を設けていてもよい。

また、各上記実施の形態では、この発明が車両用交流発電機１に適用されているが、車両用回転電機である発電電動機にこの発明を適用してもよい。

Claims (3)

1. 軸線を中心に回転される回転子、
   上記回転子と同軸に配置され、固定子巻線を有する固定子、
   上記回転子と上記固定子とを支持するケーシング、及び
   整流素子と、上記整流素子が装着され軸線方向について上記ケーシングに対向して設けられたヒートシンクと、上記固定子巻線から引き出された固定子リードを上記整流素子と電気的に接続するサーキットボードとを有し、上記ケーシングの固定部に固定されている整流装置
   を備え、
   上記ヒートシンクは、上記整流素子が装着された素子装着部と、上記素子装着部から径方向外側に向かって突出する軸流フィンとを有し、
   上記サーキットボードは、上記固定子リードをガイドする固定子リードガイドを有し、
   上記軸流フィン及び上記ケーシングの一方には、上記軸流フィンを軸線方向について支持する支持部が設けられており、
   上記支持部は、上記整流装置を軸線方向に沿って見たとき、上記固定部から離れた位置で、上記固定子リードガイドに隣接して配置されている車両用回転電機。
2. 上記支持部は、周方向について上記固定子リードガイドを挟む位置にそれぞれ配置されている請求項１に記載の車両用回転電機。
3. 上記軸流フィンの軸線方向の寸法は、上記素子装着部の軸線方向の寸法よりも大きくなっている請求項１または請求項２に記載の車両用回転電機。

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