JP4180618B2

JP4180618B2 - 車両用交流発電機

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Publication number: JP4180618B2
Application number: JP2006165662A
Authority: JP
Inventors: 慎一伊藤
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2006-06-15
Filing date: 2006-06-15
Publication date: 2008-11-12
Anticipated expiration: 2026-06-15
Also published as: CN101090218B; US7741739B2; KR20070119479A; TW200800669A; CN101090218A; KR100874317B1; DE102007001218A1; FR2918513B1; US20070290557A1; FR2918513A1; JP2007336695A; TWI306813B

Description

この発明は、車両に搭載される車両用交流発電機に関し、特に電圧調整器の冷却する構造に関するものである。

従来の車両用交流発電機では、整流器アセンブリが略Ｃ字状に構成され、レギュレータアッセンブリが電圧調整器、ブラシホルダおよびコネクタが一体に構成されている。そして、電圧調整器とブラシホルダとがシャフトの軸方向に重なって配設され、コネクタが電圧調整器およびブラシホルダの両者を含み、かつシャフトと直交する平面内で両者から周方向に所定角度回転した位置に、開口部を径方向外方に向けて配設されていた。そして、レギュレータアッセンブリが、整流器アッセンブリのＣ字状の開口部分の空間に配置されている。そこで、整流器のヒートシンクの大きさがレギュレータアッセンブリにより制限され、拡大できなかった。また、電圧調整器での通風抵抗とコネクタでの通風抵抗とが異なり、整流器アッセンブリを含めた吸気側の通風抵抗のバラツキが大きくなってしまっていた。

このような状況に鑑み、電圧調整器とブラシホルダとをシャフトの軸方向に重ねて配設し、コネクタを電圧調整器の径方向外方に電圧調整器に密接して、かつ開口部を径方向外方に向けて配設するレギュレータアッセンブリを備えた改良型の従来の車両用交流発電機が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この改良型の従来の車両用交流発電機では、レギュレータアッセンブリが整流器アッセンブリのＣ字状の開口部分の空間に配置されているので、整流器のヒートシンクを大きくでき、整流器の冷却性が向上される。さらに、整流器アッセンブリを含めた吸気側の通風抵抗のバラツキが低減される。

特開２００２−１４２４２３号公報

改良型の従来の車両用交流発電機では、整流器の冷却性を向上させるために、コネクタが電圧調整器の径方向外方に配設されている。そして、電圧調整器のヒートシンクは、フィン間の通風路方向を径方向に向けて、シャフトと直交する平面上に配設されている。そこで、コネクタが電圧調整器のヒートシンクの径方向外方の側面に密接しており、フィン間の通風路の径方向外方の開口を塞ぐ状態となる。これにより、冷却空気が電圧調整器のヒートシンクのフィン間の通風路に十分に流れ込まなくなり、ヒートシンクの冷却性能が悪化し、電圧調整器の温度が上昇してしまう。

この発明は、上記課題を解決するためになされたもので、整流器の冷却性の向上に起因する電圧調整器の冷却性の悪化を抑制して、整流器および電圧調整器の温度上昇を抑え、性能を高めることができる車両用交流発電機を得ることを目的とする。

この発明による車両用交流発電機は、ケースと、上記ケースに回転自在に支持されたシャフトと、上記ケース内に収納され、上記シャフトに固着されたポールコア、該ポールコアに装着された界磁巻線および該ポールコアの軸方向の少なくとも一端に固着された遠心ファンを有する回転子と、上記回転子を囲繞するように上記ケースに固着された固定子と、上記固定子で発生した交流電圧の大きさを調整する電圧調整器と、上記電圧調整器の上記遠心ファンと反対側に設けられた電圧調整器用ヒートシンクと、上記電圧調整器の外周側に配置され、外部プラグが装着されるコネクタと、を備えている。そして、複数の吸気穴が上記ケースの上記遠心ファンと対向する側に形成され、かつ複数のフィンが上記電圧調整器用ヒートシンクの上記ケースと対向する側に周方向に配列されている。さらに、冷却風導入ガイド部が、上記コネクタの上記電圧調整器用ヒートシンクと対向する部位に、上記複数のフィンの全てフィンの径方向外方の側面に対して、上記フィン間の間隔より大きな隙間を確保して、かつ該側面に沿うように設けられ、上記電圧調整器用ヒートシンクは、その最外径位置が該電圧調整器用ヒートシンクと対向する上記吸気穴より外径側に位置するように設けられている。

この発明によれば、コネクタが電圧調整器の外周側に位置しているので、整流器および整流器用ヒートシンクの設置領域が拡大され、整流器の温度上昇が抑えられる。また、吸気穴から流入した冷却風は、電圧調整器用ヒートシンクのフィン間の通風路内に入る。そして、冷却風の一部が通風路内を径方向内方に流れる。また、冷却風の残部が通風路内を径方向外方に流れ、その後フィンと冷却風導入ガイド部との間を周方向に流れる。そこで、冷却風がフィン間の通風路を径方向の全長にわたって流れて、電圧調整器での発熱を効率的に吸収するので、電圧調整器の温度上昇が抑えられる。

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リヤ側から見た図、図２はこの発明の実施の形態に係る車両用交流発電機の要部を示す断面図、図３はこの発明の実施の形態に係る車両用交流発電機に適用されるレギュレータアッセンブリを示す正面図、図４は図３のＩＶ−ＩＶ矢斜断面図、図５はこの発明の実施の形態に係る車両用交流発電機に適用されるレギュレータアッセンブリをコネクタ開口部側から見た図、図６および図７はそれぞれこの発明の実施の形態に係る車両用交流発電機における冷却風の流れを説明するための要部斜視図である。

図１および図２において、車両用交流発電機は、それぞれ略椀形状のアルミ製のフロントブラケット（図示せず）とリヤブラケット２とからなるケース１と、このケース１に回転自在に支持されたシャフト３と、シャフト３に固着されてケース１内に回転自在に配設される回転子４と、この回転子４の軸方向両端面に固着された遠心ファン７と、回転子４を囲繞するようにケース１に保持された固定子８と、シャフト３のリヤ側端部に固着され、回転子４に界磁電流を供給する一対のスリップリング１１と、固定子８に電気的に接続され、固定子８で生じた交流を直流に整流する整流器（図示せず）と、レギュレータアッセンブリ１３と、を備えている。

回転子４は、界磁電流を流して磁束を発生する界磁巻線としての回転子コイル５と、回転子コイル５を覆うように設けられ、その磁束によって磁極が形成されるポールコア６と、を備えている。また、固定子８は、固定子鉄心９と、固定子鉄心９に巻装され、回転子４の回転に伴い、回転子コイル５からの磁束の変化で交流が生じる固定子コイル１０と、を備えている。この固定子８は、回転子４を囲繞するように配設され、締結ボルト１２により締結されたフロントブラケットおよびリヤブラケット２に固定子鉄心９の軸方向両端面の外周縁部を加圧挟持されて、取り付けられている。

つぎに、レギュレータアッセンブリ１３の構成について図３乃至図５を参照しつつ説明する。
レギュレータアッセンブリ１３は、シャフト３が挿通されるリング状のスリンガ１４と、スリンガ１４の外周壁面から径方向外方に延設され、穴方向を径方向とするブラシ挿入穴１５ａがスリンガ１４の内周壁面に開口するように形成されたブラシホルダ１５と、スリンガ１４の軸方向に並んで、かつ径方向に移動可能にブラシ挿入穴１５ａ内に挿入された一対のブラシ１６と、ブラシ挿入穴１５ａ内に配設され、一対のブラシ１６をスリンガ１４の方向に付勢するスプリング１７と、ブラシホルダ１５のスリンガ１４の軸方向一側に配設され、固定子８で生じた交流電圧の大きさを調整する電圧調整器１８と、外部プラグ３６が装着され、ブラシ１６およびスリップリング１１を介して回転子コイル５に供給する界磁電流を外部から入力するコネクタ２０と、を備えている。

ここで、スリンガ１４、ブラシホルダ１５およびコネクタ２０が、例えばポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）樹脂等の絶縁性樹脂を用いて一体にモールド成形された樹脂ボディ３０で構成されている。この樹脂ボディ３０には、電圧調整器収納部３１がブラシホルダ１５のスリンガ１４の軸方向一側に形成され、コネクタ２０が電圧調整器収納部３１の径方向外方、かつブラシホルダ１５のスリンガ１４の軸方向一側に形成されている。また、冷却風導入ガイド部３２が、コネクタ２０の電圧調整器収納部３１側の壁面に、電圧調整器収納部３１に沿って、かつ所定の隙間を持って形成されている。さらに、通風孔３３が、ブラシホルダ１５のスリンガ１４との連結部の周方向両側に、樹脂ボディ３０をスリンガ１４の軸方向に貫通するように形成されている。さらにまた、複数の取付部３４が樹脂ボディ３０に一体に形成されている。また、インサート導体３５が構成部品間の電気的導通をとるように樹脂ボディ３０にインサート成形されている。

電圧調整器用ヒートシンク１９は、矩形平板状の基部１９ａと、基部１９ａの一面に所定間隔で配列して立設された多数のフィン１９ｂと、を備えている。そして、電圧調整器１８が電圧調整器用ヒートシンク１９の基部１９ａの他面に固着されている。この電圧調整器用ヒートシンク１９は、電圧調整器１８を電圧調整器収納部３１内に収納して電圧調整器収納部３１に嵌着されている。この時、フィン１９ｂ間の通風路は、スリンガ１４の径方向に延在している。また、冷却風導入ガイド部３２は、全フィン１９ｂの径方向外側の側面に対して所定の隙間を持って相対する面状に形成されている。なお、冷却風導入ガイド部３２は、図４に示されるように、フィン１９ｂ間の通風路の深さ方向の約半分の領域に相対しているが、フィン１９ｂ間の通風路の深さ方向の全領域に相対するように形成されてもよい。また、冷却風導入ガイド部３２とフィン１９ｂとの間の隙間は、フィン１９ｂ間の隙間より大きくなっている。

このように構成されたレギュレータアッセンブリ１３は、ブラシホルダ１５を回転子４側に向けて、スリンガ１４内にシャフト３のリヤ側端部を挿入し、取付ねじ（図示せず）により取付部３４をリヤブラケット２の内壁面に締着固定して取り付けられる。この時、スリップリング１１がスリンガ１４内に位置し、ブラシ挿入穴１５ａ内に収納された一対のブラシ１６がスプリング１７により各スリップリング１１に押圧されている。そして、コネクタ２０がリヤブラケット２に穿設されたコネクタ挿入孔２ａから延出している。

また、整流器が取付ねじによりリヤブラケット２の内壁面に締着固定して取り付けられ、レギュレータアッセンブリ１３が整流器のＣ字状の開口部分の空間内に収容されている。そこで、レギュレータアッセンブリ１３と整流器とは、シャフト３の軸心と直交する平面上に円環状に配設されている。

整流器用ヒートシンク２１は、Ｃ字状の外径形状を有する平板状の基部２１ａと、基部２１ａの一面に所定のピッチで放射状に立設されたフィン２１ｂと、を備えている。この整流器用ヒートシンク２１は、フィン２１ｂをリヤブラケット２に向けて、基部２１ａをシャフト３の軸心と直交する平面上にＣ字状に配設されている。そして、図１に示されるように、複数の円弧状の吸気穴２ｂが、整流器用ヒートシンク２１の基部２１ａおよびフィン２１ｂと対向し、かつ整流器用ヒートシンク２１の径方向中央領域を露出するように、Ｃ状に配列してリヤブラケット２の端面に穿設されている。また、矩形の吸気穴２ｃが、電圧調整器用ヒートシンク１９の基部１９ａおよびフィン１９ｂと対向し、かつ電圧調整器用ヒートシンク１９の径方向中央領域を露出するように、リヤブラケット２の端面に穿設されている。さらに、複数の排気穴２ｄがリヤブラケット２の側面に穿設されている。

このように構成された車両用交流発電機では、まず、電流がバッテリ（図示せず）からブラシ１６およびスリップリング１１を介して回転子４の回転子コイル５に供給され、磁束が発生される。この磁束により、一方のポールコア６の爪状磁極がＮ極に着磁され、他方のポールコア６の爪状磁極がＳ極に着磁される。一方、エンジンの回転トルクがエンジンの出力軸からベルトおよびプーリを介してシャフト３に伝達され、回転子４が回転される。そこで、回転磁界が固定子８の固定子コイル１０に与えられ、起電力が固定子コイル１０に発生する。この交流の起電力が整流器で直流電流に整流されて、バッテリを充電したり、電気負荷に供給される。また、この固定子８で生じた交流電圧の大きさが電圧調整器１８で調整される。

遠心ファン７が回転子４の回転に連動して回転される。これにより、例えばリヤ側では、冷却風が吸気穴２ｂからリヤブラケット２内に吸気される。この冷却風は、整流器用ヒートシンク２１のフィン２１ｂ間の通風路を通って径方向内側にシャフト３周りまで流れ、そこで、シャフト３周りを通って回転子４側に流れる。そして、回転子４まで流れた冷却風は、遠心ファン７により遠心方向に曲げられ、排気穴２ｄから排気される。これにより、整流器で発生した熱は、フィン２１ｂ間の通風路を流通する冷却風に吸熱され、整流器の温度上昇が抑えられる。

同様に、遠心ファン７の回転により、冷却風Ａが吸気穴２ｃからリヤブラケット２内に吸気される。この冷却風Ａは、図２、図６および図７に矢印で示されるように、電圧調整器用ヒートシンク１９のフィン１９ｂ間の通風路を径方向内側に流れる。そして、冷却風Ａは、フィン１９ｂ間の通風路から径方向内側に流出し、電圧調整器収納部３１の径方向内側の外壁面に沿って通風孔３３まで流れる。また、冷却風Ｂは、図２、図６および図７に矢印で示されるように、電圧調整器用ヒートシンク１９のフィン１９ｂ間の通風路を径方向外側に流れ、通風路から径方向外方に流出する。この流出した冷却風Ｂは、冷却風導入ガイド部３２に当たり、電圧調整器用ヒートシンク１９と冷却風導入ガイド部３２との間を周方向に流れ、ついで電圧調整器収納部３１の周方向の外壁面に沿って通風孔３３まで流れる。そして、冷却風Ａ，Ｂは合流して通風孔３３を通って回転子４側に流れる。回転子４まで流れた冷却風Ａ，Ｂは、遠心ファン７により遠心方向に曲げられ、排気穴２ｄから排気される。これにより、電圧調整器１８で発生した熱は、フィン１９ｂ間の通風路を流通する冷却風Ａ，Ｂに吸熱され、電圧調整器１８の温度上昇が抑えられる。

ついで、吸気穴２ｃと電圧調整器用ヒートシンク１９との位置関係について図８および図９を参照しつつ説明する。なお、図８はこの発明の一実施態様に係る車両用交流発電機における吸気穴周りを示す要部斜視図、図９はこの発明の一実施態様に係る車両用交流発電機における冷却風の流れを説明する要部斜視図である。

図８に示される車両用交流発電機では、矩形の吸気穴２ｃは、リヤ側から見て、電圧調整器用ヒートシンク１９のフィン１９ｂの径方向最外端を露出するようにリヤブラケット２に穿設されている。つまり、吸気穴２ｃの外径側端部が、電圧調整器用ヒートシンク１９のフィン１９ｂの外径側端部より外径側に位置している。また、フィン１９ｂ間の通風路の通風抵抗は電圧調整器用ヒートシンク１９（フィン１９ｂ）と冷却風導入ガイド部３２との間の通風抵抗より大きい。そこで、吸気穴２ｃから流入する冷却風は、電圧調整器用ヒートシンク１９と冷却風導入ガイド部３２との間を流れやすくなり、図９に矢印で示される流路を主に流れる。つまり、大部分の冷却風が、フィン１９ｂ間に入り込まずに電圧調整器用ヒートシンク１９と冷却風導入ガイド部３２との間を周方向に流れ、ついで電圧調整器収納部３１の周方向の外壁面に沿って通風孔３３まで流れる。これにより、電圧調整器用ヒートシンク１９が有効に活用されず、電圧調整器１８の冷却性が低下する。

そこで、吸気穴２ｃの外径側端部をフィン１９ｂの外径側端部（電圧調整器用ヒートシンク１９の最外径位置）より内径側に位置させ、リヤ側から見て、吸気穴２ｃを電圧調整器用ヒートシンク１９のフィン１９ｂの径方向中央領域を露出する穴形状に形成して、吸気穴２ｃから流入する冷却風を強制的にフィン１９ｂ間の通風路内に流入させるようにすることが望ましい。また、吸気穴２ｃからのヒートシンク１９の露出領域の中心は、ヒートシンク１９の径方向の中央に限定されるものではなく、径方向の一側にずれていても良い。

また、リヤ側から見て、吸気穴２ｃを電圧調整器用ヒートシンク１９の周方向両端のフィン１９ｂまでを露出する穴形状にすれば、冷却風が周方向両端のフィン１９ｂの外側を流れて、当該フィン１９ｂとの間で熱交換が行われるので、より高い冷却性能が得られる。また、周方向の一端のフィン１９ｂを吸気穴２ｃの内側に位置させるようにしても、冷却性を向上できる。

ついで、冷却風導入ガイド部３２の効果について説明する。なお、図１０は比較例としての車両用交流発電機における吸気穴周りを示す要部斜視図、図１１は比較例としての車両用交流発電機における冷却風の流れを説明する要部斜視図である。

図１０に示される比較例では、コネクタ２０Ａの径方向内側の壁面が電圧調整器用ヒートシンク１９の全フィン１９ｂの径方向外側の側面に密接している。そこで、吸気穴２ｃから流入した冷却風は、フィン１９ｂ間の通風路内に入り、通風路内を径方向内方および外方に流れようとする。このとき、通風路内を径方向外方に流れる冷却風は、コネクタ２０Ａの壁面に遮られ、通風路から流出されない。つまり、冷却風は、図１１に矢印で示されるように、通風路内を径方向外方に流れることなく、通風路内を径方向内方に流れる。

この実施の形態では、冷却風導入ガイド部３２が電圧調整器用ヒートシンク１９の全フィン１９ｂの径方向外方の側面に、所定の隙間を確保して対向し、かつ当該側面に沿うように形成されているので、フィン１９ｂ間の通風路の径方向外側が開口している。そこで、吸気穴２ｃから流入し、フィン１９ｂ間の通風路内に入り、通風路内を径方向内方に流れる冷却風の流通経路に加え、通風路内を径方向外方に流れる冷却風の流通経路が構築される。これにより、上記比較例に比べ、電圧調整器用ヒートシンク１９の放熱性能を３％強向上させることができた。

このように、この発明によれば、電圧調整器収納部３１がブラシホルダ１５のスリンガ１４の軸方向一側に形成され、コネクタ２０が電圧調整器収納部３１の径方向外方、かつブラシホルダ１５のスリンガ１４の軸方向一側に形成されているので、レギュレータアッセンブリ１３の周方向幅が小さくなり、整流器の周方向幅がその分大きくなる。従って、整流器用ヒートシンク２１を放熱面積の大きなもので構成でき、整流器の冷却性を向上できる。

また、冷却風導入ガイド部３２が、電圧調整器用ヒートシンク１９の全フィン１９ｂの径方向外方の側面に、所定の隙間を確保して対向し、かつ当該側面に沿うように樹脂ボディ３０、即ちコネクタ２０の電圧調整器用ヒートシンク１９と対向する部位に形成されている。そこで、吸気穴２ｃから流入した冷却風Ａはフィン１９ｂ間の通風路を径方向内方に流れ、冷却風Ｂはフィン１９ｂ間の通風路を径方向外方に流れる。これにより、フィン１９ｂ間の通風路の径方向全域で冷却風との熱交換が行われ、電圧調整器１８の冷却性を向上できる。

なお、上記実施の形態では、フィン１９ｂが基部１９ａの一面に互いに平行に配列して形成されているものとしているが、フィン１９ｂは基部１９ａの一面に放射状に配列して形成されてもよい。この場合、電圧調整器用ヒートシンク１９は、放射状のフィン１９ｂが径方向を向くように配設される。
また、上記実施の形態では、スリンガ１４、ブラシホルダ１５、コネクタ２０および電圧調整器収納部３１を樹脂ボディ３０で一体に成形されているものとしているが、コネクタ２０と電圧調整器収納部３１とをブラシホルダ１５とは別の樹脂成型品で一体に成形してもよい。

この発明の実施の形態に係る車両用交流発電機をリヤ側から見た図である。この発明の実施の形態に係る車両用交流発電機の要部を示す断面図である。この発明の実施の形態に係る車両用交流発電機に適用されるレギュレータアッセンブリを示す正面図である。図３のＩＶ−ＩＶ矢斜断面図である。この発明の実施の形態に係る車両用交流発電機に適用されるレギュレータアッセンブリをコネクタ開口部側から見た図である。この発明の実施の形態に係る車両用交流発電機における冷却風の流れを説明するための要部斜視図である。この発明の実施の形態に係る車両用交流発電機における冷却風の流れを説明するための要部斜視図である。この発明の一実施態様に係る車両用交流発電機における吸気穴周りを示す要部斜視図である。この発明の一実施態様に係る車両用交流発電機における冷却風の流れを説明する要部斜視図である。比較例としての車両用交流発電機における吸気穴周りを示す要部斜視図である。比較例としての車両用交流発電機における冷却風の流れを説明する要部斜視図である。

符号の説明

１ケース、２リヤブラケット、２ｃ吸気穴、３シャフト、４回転子、７遠心ファン、８固定子、１８電圧調整器、１９電圧調整器用ヒートシンク、１９ａ基部、１９ｂフィン、２０コネクタ、３０樹脂ボディ、３１電圧調整器収納部、３２冷却風導入ガイド部、３６外部プラグ。

Claims

ケースと、
上記ケースに回転自在に支持されたシャフトと、
上記ケース内に収納され、上記シャフトに固着されたポールコア、該ポールコアに装着された界磁巻線および該ポールコアの軸方向の少なくとも一端に固着された遠心ファンを有する回転子と、
上記回転子を囲繞するように上記ケースに固着された固定子と、
上記固定子で発生した交流電圧の大きさを調整する電圧調整器と、
上記電圧調整器の上記遠心ファンと反対側に設けられた電圧調整器用ヒートシンクと、
上記電圧調整器の外周側に配置され、外部プラグが装着されるコネクタと、を備え、
複数の吸気穴が上記ケースの上記遠心ファンと対向する側に形成され、かつ複数のフィンが上記電圧調整器用ヒートシンクの上記ケースと対向する側に周方向に配列されている車両用交流発電機において、
冷却風導入ガイド部が、上記コネクタの上記電圧調整器用ヒートシンクと対向する部位に、上記複数のフィンの全てフィンの径方向外方の側面に対して、上記フィン間の間隔より大きな隙間を確保して、かつ該側面に沿うように設けられ、
上記電圧調整器用ヒートシンクは、その最外径位置が該電圧調整器用ヒートシンクと対向する上記吸気穴より外径側に位置するように設けられていることを特徴とする車両用交流発電機。
上記電圧調整器用ヒートシンクの周方向の一端又は両端の上記フィンは、上記電圧調整器用ヒートシンクと対向する上記吸気穴の内側に位置するように設けられていることを特徴とする請求項１記載の車両用交流発電機。