(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
制御回路部と、前記制御回路部に接着固定される放熱フィンと、前記制御回路部を封止樹脂によって封止固定するケースとを備える車両用交流発電機の電圧制御装置において、
前記放熱フィンは、複数のリブ状突起を有し、
前記車両用交流発電機は、冷却ファンと、この冷却ファンによって発生する冷却風によって冷却される整流装置とを備え、
前記制御回路部および前記放熱フィンは、前記整流装置に隣接配置され、
前記冷却ファンは、前記冷却風の通風方向が軸方向となるように配置され、
前記リブ状突起は、前記軸方向の通風方向に対して、不連続に形成されていることを特徴とする車両用交流発電機の電圧制御装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記放熱フィンは、袋小路状の通風路を有していることを特徴とする車両用交流発電機の電圧制御装置。
【請求項３】
請求項２において、
前記放熱フィンは、前記制御回路部に接着固定される基部と、通風方向の横断面がほぼコの字形状の放熱部とを有しており、
前記制御回路部の放熱フィン接触面と前記放熱部との間で、前記袋小路状の通風路が形成されていることを特徴とする車両用交流発電機の電圧制御装置。
【請求項４】
請求項３において、
前記放熱フィンは、通風方向に所定の間隔で複数の前記放熱部が列をなして形成されていることを特徴とする車両用交流発電機の電圧制御装置。
【請求項５】
請求項４において、
前記放熱フィンは、隣接する前記放熱部を通風方向に沿った異なる位置に形成し、この異なる位置に形成された前記放熱部によって複数の列をなすことを特徴とする車両用交流発電機の電圧制御装置。
【請求項６】
請求項５において、
隣接するそれぞれの前記放熱部は連結されていることを特徴とする車両用交流発電機の電圧制御装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかにおいて、
前記放熱フィンは、薄肉のアルミニウム板であり、プレス成形されることを特徴とする車両用交流発電機の電圧制御装置。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかにおいて、
前記制御回路部は、素子部と、この素子部と熱的に密着固定されたヒートシンク部とを備えることを特徴とする車両用交流発電機の電圧制御装置。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれかにおいて、
前記制御回路部は、励磁電流制御回路を備え、
少なくとも前記励磁電流制御回路は、ＭＯＳ−ＦＥＴを用いていることを特徴とする車両用交流発電機の電圧制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、乗用車やトラック等に搭載されて出力電圧を制御する車両用交流発電機の電圧制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車両用交流発電機に用いられている従来の電圧制御装置は、制御回路用ＩＣチップやトランジスタ等が配設された回路基板と、この回路基板に高熱伝導接着剤で接着された放熱フィンと、雄型コネクタが一体成型されたケース等を備えている（例えば、特許文献１。）。この放熱フィンは、使用環境や冷却風の流れ方等に応じて様々な形状を有しているが、上述した従来の電圧制御装置では、複数のリブ状突起を連続的に、かつ通風方向に平行に立設させた放熱フィンが用いられている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平８−８５４０２号公報（第４−７頁、図１−８）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した特許文献１に開示された電圧制御装置の放熱フィンは、複数のリブ状突起が連続的に通風方向に平行に立設された構造を有しているため、これらのリブ状突起間の通風路にダストや泥等の異物が挟まった場合に、通風経路が遮断されてしまい、所望の冷却性が確保できなくなるという問題があった。
【０００５】
一方、放熱フィンを量産性が良好なプレス加工によって製造する場合に、リブ状突起を切り起こす際に、回路基板との接触面に貫通孔が形成される。これにより、接着剤が回路基板との接着面の反対の面に流出して、リブ状突起間の通風路に表面張力による膜を形成するおそれがあり、やはり通風経路が遮断されて冷却性が低下するという問題があった。
【０００６】
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、冷却性を向上させることができる車両用交流発電機の電圧制御装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために、本発明の車両用交流発電機の電圧制御装置は、制御回路部と、制御回路部に接着固定される放熱フィンと、制御回路部を封止樹脂によって封止固定するケースとを備えており、放熱フィンは複数のリブ状突起を有し、このリブ状突起は通風方向に不連続に形成されている。リブ状突起が通風方向に不連続に形成されているため、通風路の一部に異物が挟まったり、接着剤の膜が形成された場合であっても、通風路が完全に遮断されることがなくなるため、電圧制御装置の冷却性を向上させることができる。
【０００８】
また、上述した放熱フィンは、袋小路状の通風路を有していることが望ましい。これにより、放熱フィンの放熱面積を増やすとともに、リブ状突起の立設方向からの異物の侵入を防止することができる。
具体的には、上述した放熱フィンは、制御回路部に接着固定される基部と、通風方向の横断面がほぼコの字形状の放熱部とを有しており、制御回路部の放熱フィン接触面と放熱部との間で袋小路状の通風路が形成されていることが望ましい。これにより、制御回路部から基部に伝わる熱を効率よく冷却することができる。
【０００９】
また、上述した放熱フィンは、通風方向に所定の間隔で複数の放熱部が列をなして形成されていることことが望ましい。上述した放熱フィンは、隣接する放熱部を通風方向に沿った異なる位置に形成し、この異なる位置に形成された放熱部によって複数の列をなすことが望ましい。これにより放熱面積を拡大することができる。
【００１０】
また、上述した隣接するそれぞれの放熱部は連結されていることが望ましい。これにより、放熱部の機械的強度を増すことが可能になる。
また、上述した放熱フィンは薄肉のアルミニウム板であり、プレス成形されることが望ましい。アルミニウム板をプレス成形して放熱フィンを形成することにより、量産性の向上が可能になる。
【００１１】
また、上述した制御回路部は、素子部と、この素子部と熱的に密着固定されたヒートシンク部とを備えることが望ましい。袋小路状に形成された放熱フィン等を備えた場合、結果的に接着面が不連続となる場合がある。この場合に接着面積が小さくなるため、制御回路部の発熱を放熱フィン全体に伝えることができないという問題が生じる。ところが、上述の構造を採ることにより、ヒートシンク部全体に熱が伝わるため、接着面が不連続であってもヒートシンク部全体から、放熱フィン全体に熱を伝えることができる。
【００１２】
また、上述した車両用交流発電機は、冷却ファンと、この冷却ファンによって発生する冷却風によって冷却される整流装置とを備え、制御回路部は整流装置に隣接配置されていることが望ましい。一般に車両用交流発電機では、制御回路部の発熱よりも回転子、固定子、整流装置の発熱が大きい。空冷される整流装置が隣接していると、整流装置の冷却を主眼にせざるを得ないため、電圧制御装置に振り分けられるべき冷却風が十分得られない場合がある。このような冷却風が少なく冷却風路が小さい構造での使用において、通風経路が遮断されて冷却性が低下するという問題を解消する本願の構造は、一層の効果を発揮する。
【００１３】
さらに、上述した冷却ファンは、冷却風の通風方向が軸方向となるように配置されていることが望ましい。このような構造では小型化が可能となるが、小型であるがゆえに冷却風の通路に対する占有面積が少ない。したがって、電圧制御装置に振り分けられるべき冷却風がさらに少なくなる場合がある。このような冷却風が少なく冷却風路が小さい構造での使用において、通風経路が遮断されて冷却性が低下するという問題を解消する本願の構造は、さらに一層の効果を発揮する。
【００１４】
また、上述した制御回路部は、励磁電流制御回路を備え、少なくとも励磁電流制御回路はＭＯＳ−ＦＥＴを用いていることいることが望ましい。このような構成では、初期的に制御回路部の発熱が小さいため、冷却ファンの小型化が可能となるが、小型であるがゆえに冷却風の通路に対する占有面積が少なくなる。したがって、制御装置に振り分けられるべき冷却風がさらに少なくなる場合がある。このような冷却風が少なく冷却風路が小さい構造での使用において、通風経路が遮断されて冷却性が低下するという問題を解消する本願の構造は、さらに格別の効果を発揮する。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を適用した一実施形態の車両用交流発電機について、図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本実施形態の車両用交流発電機の全体構成を示す図である。図１に示す車両用交流発電機１００は、フロント側フレーム１、リア側フレーム２、固定子４、回転子１０、整流装置２４、電圧制御装置２５、ブラシ装置２６、リアカバー２７等を含んで構成されている。
【００１６】
フロント側フレーム１およびリア側フレーム２は、共に椀状の形状を有しており、これらの開口部同士を直接当接させた状態で、複数本のボルト３によって相互に固定されている。フロント側フレーム１の内周には固定子４が固定されている。また、フロント側フレーム１には円筒状のベアリングボックス７が一体に形成されており、リア側フレーム２には鉄製のベアリングボックス８がローレットを有するボルト９によって取り付けられている。
【００１７】
固定子４は、固定子鉄心５および固定子巻線６を備えている。
回転子１０は、界磁巻線１１、ポールコア１２、１３、シャフト１４等を備えており、ベアリングボックス７、８に固定される一対のベアリング１５、１６により回転自在に保持されている。ポールコア１２、１３の軸方向端面には、遠心型の冷却ファン１７、１８が取り付けられている。フロント側の冷却ファン１７は、界磁巻線１１への冷却風を生成するために、ブレードが回転子１０の回転方向に対して前傾させた斜流式になっている。また、シャフト１４の前端にはプーリ１９がナット２０により結合されており、図示しない車両エンジンにより回転駆動される。さらに、リア側フレーム２の外側に位置するシャフト１４の後端には、一対のスリップリング２１、２２が設けられており、界磁巻線１１に導体２３を介して電気的に接続されている。
【００１８】
整流装置２４、電圧制御装置２５、ブラシ装置２６等のいわゆる電気部品は、リア側フレーム２の外側の軸方向端面に、ボルト９等の固定手段によって固定されている。整流装置２４は、例えば三相の固定子巻線６の出力電圧である三相交流電圧を整流して直流の出力電圧に変換する。電圧制御装置２５は、界磁巻線１１に流れる励磁電流を調整することにより、車両用交流発電機１００の出力電圧を制御する。ブラシ装置２６は、整流装置２４から回転子１０の界磁巻線１１に励磁電流を流すためのものであり、回転子１０のシャフト１４に形成されたスリップリング２１、２２のそれぞれに押圧するブラシが備わっている。
【００１９】
リアカバー２７は、鋼板製であって、リア側フレーム２の外側に取り付けられる整流装置２４、電圧制御装置２５、ブラシ装置２６等の電気部品を覆って、これらを保護する。このリアカバー２７は、ナット２８によってリア側フレーム２から延びるボルト９に、整流装置２４を挟み込んだ状態で締め付け固定されている。また、リアカバー２７は、ブラシ装置２６の周辺に同心円状に形成されている冷却風導入窓を有している、
上述した構造を有する車両用交流発電機１００は、ベルト等を介してプーリ１９に車両エンジンからの回転力が伝えられると回転子１０が所定方向に回転する。この状態で回転子１０の界磁巻線１１に外部から励磁電圧を印加することにより、ポールコア１２、１３のそれぞれの爪部が励磁され、固定子巻線６に三相交流電圧を発生させることができ、整流装置２４に設けられた出力端子からは所定の直流電流が取り出される。
【００２０】
また、回転子１０を所定方向に回転させることで、この回転子１０のリア側端面に固定された冷却ファン１８の回転により、リアカバー２７に設けられた吸気口から取り入れられた冷却風の軸方向の流れが生じ、リアカバー２７内に取り付けられた整流装置２４、電圧制御装置２５、ブラシ装置２６が冷却される。
【００２１】
次に、電圧制御装置２５の詳細について説明する。図２は、電圧制御装置２５の正面図である。また、図３は電圧制御装置２５の上面図である。図４は、図３のＩＶ−ＩＶ線断面図である。
これらの図に示すように、本実施形態の電圧制御装置２５は、制御回路部としての制御回路用ＩＣチップ２５１と、この制御回路用ＩＣチップ２５１に高熱伝導接着剤２５２を用いて接着される放熱フィン２５３と、雄型コネクタ２５４が一体形成されるケース２５５とを備えている。制御回路用ＩＣチップ２５１には、回転子１０の界磁巻線１１に流す励磁電流を断続することにより車両用交流発電機１００の出力電圧を制御する励磁電流制御回路の他に、各種の異常検出回路等が含まれている。この制御回路用ＩＣチップ２５１は、低消費電力化による発熱量の低減および回路の小型化を図るために、少なくとも励磁電流制御回路をＭＯＳ−ＦＥＴを用いて構成することが望ましい。放熱フィン２５３は、冷却風の通風方向に不連続に形成された複数のリブ状突起を有している。この放熱フィン２５３は、薄肉のアルミニウム板をプレス成形することにより製造される。また、ケース２５５は、制御回路用ＩＣチップ２５１を封止樹脂２５８によって封止固定している。
【００２２】
また、放熱フィン２５３および制御回路用ＩＣチップ２５１が整流装置２４に隣接するように配置されている。一般に、整流装置２４の発熱量の方が制御回路用ＩＣチップ２５１の発熱量よりも大きいため、リアカバー２７内の電機部品の冷却は、整流装置２４を主眼にして設計される。すなわち、整流装置２４の周囲に冷却風が集中するような場合であっても、本実施形態の構造では、この整流装置２４に隣接するように電圧制御装置２５の放熱フィン２５３や制御回路用ＩＣチップ２５１が配置されるため、整流装置２４を冷却するために流れる大量の冷却風によって同時に制御回路用ＩＣチップ２５１を効率よく冷却することが可能になる。
【００２３】
図５は、放熱フィン２５３のみの形状を示す平面図である。また、図６は放熱フィン２５３を通風方向から見た側面図である。図５において、矢印は通風方向を示している。これらの図に示すように、放熱フィン２５３は、制御回路用ＩＣチップ２５１に接着固定される基部２５６と、通風方向と垂直な横断面がほぼコの字形状をなす放熱部２５７とを有している。ほぼコの字形状をなす放熱部２５７によって上述したリブ状突起が形成されている。制御回路用ＩＣチップ２５１の放熱フィン接着面と放熱部２５７の間で、通風方向と垂直な横断面が袋小路状の通風路が形成されている。また、放熱部２５７は、通風方向に所定の間隔で、互いに隣接する複数の放熱部２５７ａ、２５７ｂが異なる位置に、異なる複数の列をなして形成されている。さらに、隣接する放熱部２５７ａ、２５７ｂは、互いに連結されている。
【００２４】
このように、本実施形態の車両用交流発電機１００の電圧制御装置２５では、放熱フィン２５３にリブ状突起が通風方向に不連続に形成されているため、通風路の一部に異物が挟まったり、接着剤の膜が形成された場合であっても、通風路が完全に遮断されることがなくなるため、電圧制御装置２５の冷却性を向上させることができる。
【００２５】
また、放熱フィン２５３は、袋小路状の通風路を有しているため、放熱面積を増やすとともに、リブ状突起の立設方向（通風方向に対して垂直方向）からの異物の侵入を防止することができる。特に、放熱フィン２５３の基部２５６と放熱部２５７との間で袋小路状の通風路が形成されているため、制御回路用ＩＣチップ２５１から基部２５６に伝わる熱を効率よく冷却することができる。
【００２６】
また、放熱フィン２５３は、通風方向に所定の間隔で複数の放熱部２５７が列をなして形成されているとともに、隣接する放熱部２５７ａ、２５７ｂを通風方向に沿った異なる位置に複数の列をなすように形成することにより、放熱面積を拡大することができる。また、隣接する各放熱部２５７ａ、２５７ｂを互いに連結することにより、放熱部２５７全体の機械的強度を増すことが可能になる。
【００２７】
さらに、放熱フィン２５３を、薄肉のアルミニウム板をプレス成形して製造することにより、量産性の向上が可能になる。
さらに、図７の如く制御回路用ＩＣチップ２５１は、シリコン半導体からなる素子部２５１０と、素子部２５１０の所定の部位と電気的に接合され、配線を形成するとともに素子部２５１０を接着固定したリードフレーム２５１２と、リードフレーム２５１２が直接圧着されるとともに熱伝導が良好な金属部材からなるヒートシンク部２５１１と、素子部２５１０とヒートシンク部２５１１とリードフレーム２５１２とを機械的に一体形成するとともに素子部２５１０を保護する樹脂部２５１３とからなるという構成であってもよい。素子部２５１０とヒートシンク部２５１１は、熱的に密着固定されており、素子部２５１０の発熱をヒートシンク部２５１１で拡散後、放熱フィン２５３に伝えるため、効果的な放熱が可能となる。
【００２８】
特に、袋小路状の通風路をなすように放熱フィン２５３を形成した場合には、結果的に放熱フィン２５３と制御回路用ＩＣチップ２５１との接着面が不連続となる場合があり、接着面積が小さくなって、制御回路用ＩＣチップ２５１の発熱を放熱フィン２５３全体に伝えることができないおそれがある。ところが、図７に示す構造を採用することにより、ヒートシンク部２５１１全体に熱が伝わるため、接着面が不連続であってもヒートシンク部２５１１全体から、放熱フィン２５３全体に熱を伝えることができる。なお、上述の構成では、素子部２５１０とヒートシンク２５１１とはリードフレーム２５１２を介して固定しているが、素子部２５１０を例えば半田付け等により直接接合すればさらに冷却性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】一実施形態の車両用交流発電機の全体構成を示す図である。
【図２】電圧制御装置の正面図である。
【図３】電圧制御装置の上面図である。
【図４】図３のＩＶ−ＩＶ線断面図である。
【図５】放熱フィンのみの形状を示す平面図である。
【図６】放熱フィンを通風方向から見た側面図である。
【図７】制御回路用ＩＣチップの変形例の断面構造を示す図である。
【符号の説明】
１  フロント側フレーム
２  リア側フレーム
４  固定子
１０  回転子
２４  整流装置
２５  電圧制御装置
２６  ブラシ装置
２５１  制御回路用ＩＣチップ
２５２  高熱伝導接着剤
２５３  放熱フィン
２５４  雄型コネクタ
２５５  ケース
２５６  基部
２５７  放熱部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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