(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸入窓を通して導入される冷却風の流れに対してほぼ垂直に取り付けられた放熱板と、前記放熱板の一方の面であって前記吸入窓と反対側に取り付けられた整流素子とを含む整流装置が内蔵された車両用交流発電機において、
前記放熱板の前記整流素子を取り付ける位置に前記吸入窓側に突出するように円錐台形状の凸部を形成するとともに、この凸部側面の傾斜位置から台座となる放熱板に向けて該放熱板に対してほぼ垂直に冷却フィンを形成することを特徴とする車両用交流発電機。
【請求項２】
請求項１において、
前記冷却フィンの裏面には、前記凸部の平坦部に対応して、前記整流素子を取り付ける取付け部としての凹部または貫通孔が形成されていることを特徴とする車両用交流発電機。
【請求項３】
請求項１または２において、
前記冷却フィンは、前記凸部の中心からほぼ放射方向に複数形成されていることを特徴とする車両用交流発電機。
【請求項４】
請求項１または２において、
前記冷却フィンは、前記凸部側面の傾斜位置に所定方向に形成されており、前記冷却フィンによって前記冷却風の流れを部分的に所定方向に向けることを特徴とする車両用交流発電機。
【請求項５】
請求項４において、
前記凸部周辺であって前記冷却フィンの延長線上に前記放熱板と一体化した突起を形成することを特徴とする車両用交流発電機。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかにおいて、
前記放熱板は、アルミニウムの板材を用いており、前記板材を押し出すことにより前記凸部およびその側面傾斜位置の前記冷却フィンを形成することを特徴とする車両用交流発電機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車等に搭載された車両用交流発電機に関し、特に内蔵される整流装置の冷却効率を高めた車両用交流発電機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車両用交流発電機は、車両走行中にバッテリの補充電を行うとともに、エンジンの点火、照明、その他の各種電装品の電力を賄うものであり、市場競争力を維持あるいは向上させるために、小型軽量化、高出力化およびコストダウンは重要な課題である。これらの課題の中で、小型軽量化およびコストダウンを達成する手段の一つとして、車両用交流発電機に内蔵される整流装置の放熱板の材質を銅からアルミニウムに変更する手法が知られている。ところが、アルミニウムは銅よりも電気抵抗が大きいとともに熱伝達係数が小さいため、放熱板を従来の形状を維持しながら銅からアルミニウムに変更すると温度上昇を伴うおそれがあり、何らかの方法で放熱板の温度を低減する必要がある。
【０００３】
また、近年、車両の高級化等に伴って車両の電気負荷動向は年々増加の傾向にあり、車両用交流発電機の高出力化が要求されているが、出力電流の増大はそのまま整流装置の温度上昇につながるため、放熱板をアルミニウムで形成した場合のみならず、銅で形成した場合であっても放熱板の温度を低減する必要がある。
【０００４】
このような整流装置の放熱板の温度を低減する従来技術として、特開平４−２６３４６号公報に記載された整流装置がある。この整流装置は、アルミダイカストで形成された放熱板の表面であって、整流素子に対向する位置に、平行した複数の冷却フィンを設けることにより、熱源である整流素子近傍の温度が高い部分を効率よく冷却しようとするものである。また、従来技術として、特開昭６０−３５９４４号公報に記載された整流装置がある。この整流装置は、放熱板に設けた整流素子半田付け用の凹部の裏側に突起状打出し部を有しており、この打出し部を冷却することにより効率よい冷却を行うことができるというものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した特開平４−２６３４６号公報に記載された整流装置は、アルミダイカストによって放熱板を形成しているため、放熱板の形状を任意に設計することができる。ところが、コストダウン等を図るためにこの放熱板をアルミニウムの板材で形成しようとすると、上述した公報に開示されたような高さを有する数多くの冷却フィンを整流素子に対向する位置に形成することは困難であった。
【０００６】
また、上述した特開昭６０−３５９４４号公報に記載された整流装置は、放熱板に設けられたエンボス部表面に突起状打出し部を形成したものであるが、その断面形状からわかるように、整流素子が半田付けされる面が部分的に窪むことになり、整流素子と放熱板との間の電気的接続が不十分になるおそれがあった。
【０００７】
本発明は、このような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は板材を用いた整流素子にも適用が可能であって、冷却効率が高く、整流素子と放熱板との間の充分な接触面積を確保することができる整流装置を有する車両用交流発電機を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、整流装置の放熱板に整流素子を取り付ける円錐台形状の凸部を有し、その側面である傾斜位置から台座となる放熱板に向けて該放熱板に対してほぼ垂直に冷却フィンを形成しているため、発熱源である整流素子の近傍の放熱板の表面積を増して効率よい冷却を行うことができる。
【０００９】
特に、上述した凸部平坦面に対応する放熱板の裏側に凹部を形成して整流素子の取付け部とする場合には、各冷却フィンを凸部側面の傾斜位置に形成することにより、板材を用いて各放熱板を形成するような場合であっても、この取付け部である凹部の平坦面を維持することができ、凹部に整流素子を取り付ける場合の接触面積を確保することができる。
【００１０】
また、上述した凸部平坦面に対応させて貫通孔を形成して整流素子の取付け部とし、この貫通孔に圧入や半田付け等によって整流素子を取り付ける場合も同様であり、凸部側面の傾斜位置に冷却フィンを形成することにより、発熱源である整流素子の近傍の放熱板の表面積を増して効率よい冷却を行うことができる。
【００１１】
上述した冷却フィンの形成方向を、円錐台形状の凸部平坦面の中心からほぼ放射方向に形成した場合には冷却風の流れを遮ることがないため、風量が低下せずに冷却性能を向上させることができる。あるいは、冷却フィンの向きを所定方向とすることにより、冷却風の一部を任意の方向に流すことができるため、温度分布等を考慮して効率よい冷却を行うことができる。特に、冷却フィンの先に放熱板と一体化した突起を形成して表面積をさらに増すことにより、冷却フィンの冷却効率をさらに高めることができる。
【００１２】
また、展性および延性が良好なアルミニウムの板材を用いた場合には、板材を押し出すことにより凸部およびその側面傾斜位置の冷却フィンを有する放熱板を形成することができ、アルミダイカスト等によって放熱板を形成する場合に比べて加工が容易となって製造コストを下げることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の車両用交流発電機（以後、「オルタネータ」と称する）は、整流装置であるレクチファイヤの形状を工夫することにより冷却性能を向上させたことに特徴がある。以下、本発明を適用した一の実施形態のオルタネータについて、図面を参照しながら具体的に説明する。
【００１４】
図１は、本実施形態のオルタネータの全体構造を示す部分断面図であり、一例として冷却ファンを内蔵するオルタネータの構造が示されている。同図に示すオルタネータ１は、ロータ２、ステータ３、ブラシ装置４、レクチファイヤ５、ＩＣレギュレータ６、ドライブフレーム７、リヤフレーム８、プーリ９等を含んで構成されている。
【００１５】
ロータ２は、同期発電機であるオルタネータ１の回転子であって、絶縁処理された銅線を円筒状かつ同心状に巻き回したロータコイル２１を、それぞれが６個の爪を有するポールコア２２、２３によって、回転軸であるシャフト２４を通して両側から挟み込んだ構造を有している。また、フロント側（プーリ９側）のポールコア２２の端面には、フロント側から吸い込んだ冷却風を軸方向および径方向に吐き出すために軸流式の冷却ファン２５が溶接等によって取付け固定されている。同様に、リヤ側のポールコア２３の端面には、リヤ側から吸い込んだ冷却風を径方向に吐き出すために遠心式の冷却ファン２６が溶接等によって取付け固定されている。また、シャフト２４のリヤ側にはロータコイル２１の両端に電気的に接続されたスリップリング２７、２８が形成されており、ブラシ装置４内のブラシ４１、４２をスリップリング２７、２８のそれぞれに押し当てた状態で組み付けることにより、レクチファイヤ５からロータコイル２１に対して励磁電流が流れるようになっている。
【００１６】
ステータ３は、オルタネータ１の固定子であって、ステータコア３１に形成された複数個（例えば３６個）のスロットに３相のステータコイル３２が所定の間隔で巻き回されている。
【００１７】
レクチファイヤ５は、３相のステータコイル３２の出力電圧である３相交流を整流して直流出力を得るためのものであり、配線用電極を内部に含む端子台５１と、所定の間隔で固定される正極側放熱板５２および負極側放熱板５３と、それぞれの放熱板に半田付け等によって取り付けられた複数個の整流素子５４、５５とを含んで構成されている。レクチファイヤ５の詳細については後述する。
【００１８】
ＩＣレギュレータ６は、ロータコイル２１に流す励磁電流を制御するものであり、負荷が軽くて出力電圧が高くなる場合には、ロータコイル２１に対する電圧の印加を断続することにより、オルタネータ１の出力電圧を一定に保っている。プーリ９は、エンジン（図示せず）の回転をオルタネータ１内のロータ２に伝えるためのものであり、シャフト２４の一方端（スリップリング２７等と反対側）にナット９１によって締め付け固定されている。また、ブラシ装置４、レクチファイヤ５およびＩＣレギュレータ６を覆うようにリヤカバー９２が取り付けられている。
【００１９】
上述した構造を有するオルタネータ１は、ベルト等を介してプーリ９にエンジンからの回転が伝えられるとロータ２が所定方向に回転する。ロータコイル２１に外部から励磁電圧を印加することによりポールコア２２、２３のそれぞれの爪部が励磁され、ステータコイル３２に３相交流電圧を発生させることができ、レクチファイヤ５の出力端子からは所定の出力電流が取り出される。以後、オルタネータ１自身の出力電圧がＩＣレギュレータ６を介してロータコイル２１に印加されるため、外部から印加する励磁電圧が不要となる。
【００２０】
また、上述したロータ２の回転に伴って、ポールコア２２の端面に取り付けられた冷却ファン２５が回転するため、ドライブフレーム７のプーリ９近傍の吸入窓を介して冷却風がオルタネータ１内部に吸入され、この冷却風の軸方向成分によってロータコイル２１が冷却されるとともに、径方向成分によってステータコイル３２のプーリ側半分が冷却される。同様に、ポールコア２３の端面に取り付けられた冷却ファン２６も回転するため、リヤカバー９２の吸入窓を介して吸入された冷却風が、レクチファイヤ５あるいはＩＣレギュレータ６を冷却した後、冷却ファン２６近傍まで導かれ、この冷却風が径方向に排出されるため、ステータコイル３２のリヤ側半分が冷却される。
【００２１】
図２は、上述したレクチファイヤ５の詳細形状を示す平面図である。また、図３はレクチファイヤ５を含むオルタネータ１の部分的拡大断面図であり、図１に示したリヤカバー９２とレクチファイヤ５近傍の断面構造が示されている。これらの図に示すように、レクチファイヤ５は、回転軸方向に所定の間隔を有するとともに互いに径方向に部分的に重なった円弧形状を有する正極側放熱板５２と負極側放熱板５３を有している。正極側放熱板５２の外径は、負極側放熱板５３の外径よりも大きく設定されており、リヤカバー９２の吸入窓を通して導入された空気の一部が負極側放熱板５３を通った後に正極側放熱板５２に導かれるとともに、負極側放熱板５３を介さずに直接正極側放熱板５２に導かれるようになっている。また、正極側放熱板５２の一部にはオルタネータ１の出力を外部に取り出す出力端子６９が圧入等によって取付け固定されている。
【００２２】
正極側放熱板５２は、裏側の凹部を取付け部として整流素子５４が半田付けされた４個のエンボス部５６を有している。同様に、負極側放熱板５３は、裏側の凹部を取付け部として整流素子５５が半田付けされる４個のエンボス部５７を有している。例えば、これら各放熱板５２、５３は、所定の板厚を有するアルミニウム板をプレスすることにより、所定の外形形状に形成されるとともに、その一部を押し出すことにより各エンボス部５６、５７が形成される。なお、放熱板５２、５３のそれぞれに形成したエンボス部５６、５７の数を４個としたが、ステータコイル３２で発生した３相交流を整流する場合にはそれぞれ３個の整流素子５４、５５があれば充分であるため、エンボス部５６、５７の数をそれぞれ３個に設定してもよい。
【００２３】
図４は、エンボス部５７のいずれか一つを抜き出してその詳細形状を示す図である。同図（Ａ）はエンボス部５７の断面図であり、同図（Ｂ）はエンボス部５７を凸部側からみた斜視図である。なお、エンボス部５６も同様の詳細形状を有しており、代表してエンボス部５７について説明するものとする。
【００２４】
エンボス部５７は、円錐台形状の凸部として形成されており、その側面である傾斜位置から台座に相当する放熱板５３に向けて放射状に延びた４本の冷却フィン５９が形成されている。各冷却フィン５９は、例えばエンボス部５７を押し出す際に、放熱板５３に部分的に肉厚変化を生じさせることにより形成される。特に、放熱板５３の材質であるアルミニウムは、展性および延性が良好であり、肉厚変化を生じさせて部分的な凸形状をつくることが容易であることから、上述した冷却フィン５９の形成が可能となる。
【００２５】
また、エンボス部５７の裏側凹部の平坦面には銅プレート６１を挟んで整流素子５５が取り付けられている。一般に、アルミニウム板である放熱板５３に、材質が銅である整流素子５５のケース５５ａを半田付けすることは容易ではないため、本実施形態では、放熱板５３表面に銅プレート６１を超音波溶着等により取り付け、さらにその表面に整流素子５５のケース５５ａを半田付けしている。このように、エンボス部５７の裏側凹部平坦面に銅プレート６１を挟んで整流素子５５を半田付けすることにより、整流素子５５と放熱板５３とが電気的に良好に接触するとともに、整流素子５５で発生した熱が銅プレート６１を介して放熱板５３に効率よく伝わるようになる。
【００２６】
また、上述したように４本の冷却フィン５９は、熱源である整流素子５５に比較的近いエンボス部５７の側面である傾斜位置に形成されており、放熱板５３の表面積が増加するため、放熱板５３の冷却に大きく寄与することができる。また、これらの冷却フィン５９は、エンボス部５７の側面傾斜位置から台座となる放熱板５３に向けて放射状に形成されており、図４（Ｂ）に示すように、リヤカバー９２の吸入窓を介して導入された冷却風Ｗの流れを妨げず、冷却風Ｗの風量が低下することもない。
【００２７】
また、上述した冷却フィン５９は、放熱板５３に対してほぼ垂直に形成されており、放熱板５３の剛性を高める効果もある。したがって、レクチファイヤ５の各放熱板５２、５３の板厚を薄くした場合であっても、冷却性能と高剛性を維持することができ、材料コストの低減が可能となる。
【００２８】
特に、上述したレクチファイヤ５は、図２に示す３個の取付け孔６２に、リヤフレーム８に取り付けられた３本のスタッドボルト（図示せず）を通し、さらにその外側にリヤカバー９２を取り付けて、ナットで締めつけることにより固定される。したがって、オルタネータ１自身の振動およびエンジンからの振動がレクチファイヤ５に伝わると、これら３個の取付け孔６２を拘束した状態で放熱板５２、５３が振動するため、各放熱板５２、５３の剛性が低いと取付け孔６２以外の部分の振動が過大になって好ましくない。ところが、剛性を維持しながら各放熱板５２、５３の板厚を薄くすることができれば、上述した振動の増加を抑えるばかりでなく、放熱板５２と５３の間の間隔を拡大することができるため通風抵抗が低減され、リヤカバー９２を介して吸入される冷却風の風量増加を実現することもできる。
【００２９】
また、上述した冷却フィン５９は、エンボス部５７の傾斜面に形成されるため、プレス加工を行う際にエンボス部５７の凹部平坦面の一部を押し出す等の加工が不要であってこの平坦面を維持することができ、凹部平坦面と整流素子５５のケース５５ａとの充分な接触面積を確保することができる。
【００３０】
図５は、上述した実施形態の変形例を示す図である。図４に示した冷却フィン５９は、その上端がエンボス部５７の凸部平坦面と同一高さになるようにしたが、実際にプレス加工によって冷却フィン５９を押し出す場合にはその高さまで正確に規定することは型設定上難しい。したがって、図５（Ａ）に示すように冷却フィン５９の上端部がエンボス部５７の凸部平坦面より低くなったり、反対に同図（Ｂ）に示すように高くなったりしてもよい。また、冷却フィン５９の形状はほぼ三角形とする場合の他、図５（Ｂ）や（Ｃ）に示すように四角形にしたり、同図（Ｄ）に示す円弧形状としてもよい。上述したいずれの形状で冷却フィン５９を形成した場合であっても、エンボス部５７近傍の放熱板５３の表面積を増大させて冷却効率を上げることができ、しかも冷却風Ｗの流れを妨げることがないため風量が低下することもない。
【００３１】
図６は、エンボス部の傾斜面に形成した冷却フィンの他の例を示す斜視図であり、放熱板５３に設けられたいずれかのエンボス部５７近傍の形状が示されている。同図に示す放熱板５３は、エンボス部５７の傾斜面から所定方向を向いてほぼ平行に形成された３本の冷却フィン６３と、３本の冷却フィン６３の延長線上であって放熱板５３と一体化した４個の突起６４とを有している。リヤカバー９２の吸入窓からエンボス部５７に向けて吸入された冷却風Ｗの一部は、ほぼ平行に形成された３本の冷却フィン６３に沿って流れる。また、この冷却フィン６３に沿って流れる冷却風Ｗを遮るように４個の突起６４が形成されており、放熱板５３が効率よく冷却される。
【００３２】
このように、冷却フィン６３を放熱板５３、特に熱源である整流素子５５に近いエンボス部５７の表面積を増大させるために用いると同時に、冷却風Ｗの風向きを部分的に変えてその下流に形成された突起６４を冷却するために用いることにより、冷却効率をさらに上げることができる。
【００３３】
ところで、上述したレクチファイヤ５は、正極側放熱板５２および負極側放熱板５３のそれぞれにエンボス部５６、５７を形成し、その裏側である凹部平坦面に整流素子５４、５５を半田付け等により取り付けた場合を説明したが、エンボス部５６等を有しないレクチファイヤに適用することもできる。
【００３４】
図７は、放熱板の一部に形成された貫通孔に整流素子のケースを圧入したレクチファイヤの部分的構造を示す図であり、同図（Ａ）には整流素子近傍の断面図が、同図（Ｂ）にはその斜視図がそれぞれ示されている。
【００３５】
同図に示す放熱板６５は、凸形状の整流素子マウント部６７を有している。この整流素子マウント部６７は、図４に示したエンボス部５７の凸部平坦面に整流素子６６の取付け部となる貫通孔を形成したものである。この凸部としてのマウント部の貫通孔の内径よりも整流素子６６のケース６６ａの外径のほうが若干大きく設定されている。ケース６６ａをこの貫通孔に圧入することにより放熱板６５に整流素子６６が固定されて、整流素子６６と放熱板６５との電気的な接続が行われるとともに、整流素子６６によって発生した熱が放熱板６５に伝わるようになっている。
【００３６】
また、上述した整流素子マウント部６７の側面の傾斜位置には、放射状に４本の冷却フィン６８が形成されている。この放射状に形成された各冷却フィン６８は、冷却風の流れを遮ることなく放熱板６５の表面積を増大させることができ、しかも熱源である整流素子６６に非常に近い位置に形成されているため、放熱板６５の冷却効率を上げることができる。
【００３７】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。
【００３８】
例えば、上述したレクチファイヤ５は、材質がアルミニウムの放熱板５２、５３を用いたが、材質が銅の放熱板を用いるようにしてもよい。但し、銅はアルミニウムに比べて固く、肉厚変化が生じにくいため、図５（Ａ）に示すように冷却フィン５９等の高さを低くする等形状を工夫する必要がある。また、放熱板５２等を銅で形成した場合には、図４等に示した銅プレート６１は不要であり、エンボス部裏側の凹部平坦面に整流素子を直接半田付けすることができる。
【００３９】
また、一例として各エンボス部５７の傾斜面等に４本あるいは３本の冷却フィンを形成する場合を説明したが、冷却フィンの本数や形状は、整流素子の温度や放熱板の材質等を考慮に入れて適宜変更すればよく、例えば１本のみ設けてもよく、多くのしわ状に形成してもよい。図６に示した３本の冷却フィン６３はほぼ平行に形成したが、それぞれの方向を放射方向に近づけるようにしてもよい。また、これら３本の冷却フィン６３によって冷却風Ｗの部分的な流れを変えて、その延長線上に形成された突起６４を冷却するようにしたが、このようにして部分的に流れを変えた冷却風によって放熱板５３自身を冷却するのではなく、所望の方向に冷却風Ｗの流れを変える目的で冷却フィン６３を用いることもできる。例えば、このようにして流れを変えた冷却風Ｗによって他方の放熱板５２の整流素子５４近傍を冷却することもできる。
【００４０】
また、上述した実施形態の説明では、板材を用いて各放熱板を形成するようにしたが、当然ながら同様の形状をアミルダイカストや切削による切り出し等他の加工方法や材質等によって実現するようにしてもよい。
【００４１】
また、上述した実施形態では、図１に示すように冷却ファンがフレーム内に内蔵された内扇式のオルタネータ１を例示して説明したが、プーリ端面に冷却ファンを取り付けた外扇式のオルタネータについても本発明を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用したオルタネータの部分断面図である。
【図２】整流装置であるレクチファイヤの詳細形状を示す平面図である。
【図３】レクチファイヤ近傍のオルタネータの部分的な拡大断面図である。
【図４】レクチファイヤに形成されたエンボス部の詳細構造を示す図である。
【図５】レクチファイヤに形成されたエンボス部の変形例を示す図である。
【図６】レクチファイヤに形成されたエンボス部の他の変形例を示す図である。
【図７】エンボス部の代わりに整流素子マウント部の傾斜面に冷却フィンを形成する変形例を示す図である。
【符号の説明】
１  オルタネータ
２  ロータ
３  ステータ
４  ブラシ装置
５  レクチファイヤ
５１  端子台
５２、５３  放熱板
５４、５５  整流素子
５６、５７  エンボス部
５８、５９  冷却フィン
６１  銅プレート
【図１】
0003671534.tif 000002
【図２】
0003671534.tif 000003
【図３】
0003671534.tif 000004
【図４】
0003671534.tif 000005
【図５】
0003671534.tif 000006
【図６】
0003671534.tif 000007
【図７】
0003671534.tif 000008