(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転子を回転させることによって固定子巻線に誘起した交流電圧を整流する整流装置を有する車両用交流発電機において、
前記整流装置は、
同極性の２個の半導体チップと、２個の前記半導体チップが搭載された金属容器と、一方の前記半導体チップに接続された一方の引出線および他方の前記半導体チップに接続された他方の引出線を含む２本の引出線とを有する整流素子を複数個備えており、
これら複数個の整流素子から引き出された一方の前記引出線を結線することにより構成される一方の三相全波整流回路および他方の前記引出線を結線することにより構成される他方の三相全波整流回路を含む２組の整流回路を有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、
前記金属容器に搭載された２個の前記半導体チップとこれらに接続された２本の前記引出線との間には絶縁部材が配置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２において、
２個の前記半導体チップと前記金属容器との間には、銅−鉄，ニッケル−銅のクラッド材からなる金属部材が配置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１〜３のいずれかにおいて、
前記金属容器の外周にはローレット加工面が形成されており、放熱板に設けられた打ち込み孔に前記金属容器を圧入することを特徴とする車両用交流発電機。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかにおいて、
前記固定子巻線は、
Ｘ相、Ｙ相、Ｚ相からなる一方の固定子巻線およびＵ相、Ｖ相、Ｗ相からなる他方の固定子巻線を備え、
前記整流装置は、
負極側放熱板および正極側放熱板と、
前記負極側放熱板に取り付けられた複数個の負極側整流素子と、
前記正極側放熱板に取り付けられた複数個の正極側整流素子とを含んで構成されており、
複数個の前記負極側整流素子と複数個の前記正極側整流素子とが前記整流素子であって、
各前記負極側整流素子から引き出された一方の前記引出線と各前記正極側整流素子から引き出された一方の前記引出線を結線することにより一方の前記三相全波整流回路が構成され、
各前記負極側整流素子から引き出された他方の前記引出線と各前記正極側整流素子から引き出された他方の前記引出線を結線することにより他方の前記三相全波整流回路が構成されており、
一方の前記固定子巻線が一方の前記三相全波整流回路に接続されており、他方の前記固定子巻線が他方の前記三相全波整流回路に接続されてい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、乗用車やトラック等に搭載される車両用交流発電機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、２組の三相全波整流回路を含む整流装置を備えた車両用交流発電機が知られている。例えば、このような整流装置は、図１１に示すように、正極側と負極側のそれぞれの放熱板２００、２１０に６個づつの整流素子２０２、２１２が、ローレット圧入あるいは半田付け等によって接合されており、各放熱板２００、２１０の間に絶縁部材が配置された状態でこの整流装置が固定用ボルトによってフレームに締め付け固定される構造となっている。
【０００３】
このような整流装置では、各放熱板２００、２１０のそれぞれに６個の整流素子２０２、２１２が接合されているため、部品点数や製造工程の複雑化を招くことになる。特に最近の車両用交流発電機に対する小型化、低コスト化等の要求に対して、製品の信頼性を損なうことなく、整流装置における部品点数の削減や省スペース化を実現する必要がある。
【０００４】
例えば、部品点数の削減や省スペース化を実現する従来技術として、特開平８−２０５４９８号公報や特開平７−２３１６５６号公報に開示された整流装置が知られている。これらの整流装置では、１つの金属容器に極性が異なる複数の半導体チップを搭載することにより、整流素子の個数を低減するとともに省スペース化を図っている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、特開平８−２０５４９８号公報や特開平７−２３１６５６号公報に開示された従来の整流装置は、１つの金属容器に極性が異なる２つの半導体チップを搭載しているため、これらの半導体チップ間で絶縁性を確実に確保する必要があるとともに、これらの極性が異なる２種類の半導体チップは外観上見分けがつかないため、識別のための設備等が必要になり、コストの上昇を招く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、整流装置の部品点数の低減による省スペース化およびコストの削減が可能な車両用交流発電機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は、回転子を回転させることによって固定子巻線に誘起した交流電圧を整流する整流装置を有しており、この整流装置は、同極性の２個の半導体チップと、２個の半導体チップが搭載された金属容器と、一方の半導体チップに接続された一方の引出線および他方の半導体チップに接続された他方の引出線を含む２本の引出線とを有する整流素子を複数個備えており、これら複数個の整流素子から引き出された一方の引出線を結線することにより構成される一方の三相全波整流回路および他方の引出線を結線することにより構成される他方の三相全波整流回路を含む２組の整流回路を有している。各整流素子には２個の半導体チップが搭載されており、それぞれの半導体チップを用いて２組の整流回路が構成されているため、必要な整流素子の数を半分に減らすことができ、部品点数の低減、組み付け工程の簡略化によるコストの低減が可能になる。また、１つの金属容器には、同極性の２個の半導体チップが搭載されるため、それほど厳重な絶縁対策を施す必要がなく、絶縁処理によって生じるコストの上昇を抑えることができる。
【０００８】
また、上述した金属容器に搭載された２個の半導体チップとこれらに接続された２本の引出線との間には絶縁部材を配置することが望ましい。２本の引出線と半導体チップとの間を確実に絶縁することにより、２組の整流回路を電気的に分けることができる。
【０００９】
また、上述した２個の半導体チップと金属容器との間には、銅−鉄，ニッケル−銅のクラッド材からなる金属部材を配置することが望ましい。これにより、金属容器と半導体チップの熱膨張率の差によって生じる応力を緩和することができる。
【００１０】
また、上述した金属容器の外周にはローレット加工面が形成されており、放熱板に設けられた打ち込み孔に金属容器を圧入することが望ましい。各整流素子を圧入によって放熱板に取り付けることができるため、半田付けや溶接によって接合する場合に比べて工程の簡略化が可能になる。また、金属容器の外周にはローレット加工面が形成されているため、このローレット加工面に当接する放熱板の打ち込み孔表面が整流素子を圧入する際に変形し、整流素子と放熱板との間の接触面積を増加させることができる。
また、固定子巻線は、Ｘ相、Ｙ相、Ｚ相からなる一方の固定子巻線およびＵ相、Ｖ相、Ｗ相からなる他方の固定子巻線を備えることができる。整流装置は、負極側放熱板および正極側放熱板と、負極側放熱板に取り付けられた複数個の負極側整流素子と、正極側放熱板に取り付けられた複数個の正極側整流素子とを含んで構成されている。複数個の負極側整流素子と複数個の正極側整流素子とが上記の整流素子である。各負極側整流素子から引き出された一方の引出線と各正極側整流素子から引き出された一方の引出線を結線することにより一方の三相全波整流回路が構成されている。各負極側整流素子から引き出された他方の引出線と各正極側整流素子から引き出された他方の引出線を結線することにより他方の三相全波整流回路が構成されている。一方の固定子巻線が一方の三相全波整流回路に接続されており、他方の固定子巻線が他方の三相全波整流回路に接続されている。
【００１１】
【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。
【００１２】
図１は、車両用交流発電機１の全体構成を示す図である。本実施形態の車両用交流発電機１は、固定子２、回転子３、フレーム４、５、整流装置６、ブラシ装置７、電圧制御装置８、リヤカバー９等を含んで構成されている。
【００１３】
固定子２は、固定子鉄心２２と、互いに電気角で３０度異なる状態で巻装された２種類の三相の固定子巻線２３ａ、２３ｂと、固定子鉄心２２と固定子巻線２３ａ、２３ｂとの間を電気絶縁するインシュレータ２４とを備えている。
【００１４】
回転子３は、絶縁処理された銅線を円筒状かつ同心状に巻き回した界磁巻線３１を、それぞれが６個の爪部を有するポールコア３２によって、回転軸３３を通して両側から挟み込んだ構造を有している。また、フロント側のポールコア３２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の冷却ファン３５が溶接等によって取り付けられている。同様に、リヤ側のポールコア３２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の冷却ファン３６が溶接等によって取り付けられている。また、回転軸３３のリヤ側端部近傍には、界磁巻線３１の両端に電気的に接続された２つのスリップリング３７、３８が形成されており、これらのスリップリング３７、３８を介してブラシ装置７から界磁巻線３１に対して給電が行われる。
【００１５】
フレーム４、５は、固定子２および回転子３を収容しており、回転子３が回転軸３３を中心に回転可能な状態で支持されているとともに、回転子３のポールコア３２の外周側に所定の隙間を介して配置された固定子２が固定されている。これらのフレーム４、５は、固定子鉄心２２の軸方向端面から突出した固定子巻線２３ａ、２３ｂに対向した部分に冷却風の吐出窓４１、５１を有し、軸方向端面に吸入窓４２、５２を有している。
【００１６】
整流装置６は、三相の固定子巻線２３ａ、２３ｂによって発生する三相交流電圧を整流して直流電流を得るためのものであり、固定子巻線２３ａ、２３ｂのそれぞれに接続される２組の整流回路６Ａ、６Ｂを有する。整流装置６の詳細構造については後述する。
【００１７】
また、リヤカバー９は、フレーム５の外側に取り付けられた整流装置６、ブラシ装置７および電圧制御装置８を覆うように取り付けられ、これらを異物から保護する。
【００１８】
上述した構造を有する車両用交流発電機１は、ベルト等を介してプーリ２０にエンジン（図示せず）からの回転力が伝えられると回転子３が所定方向に回転する。この状態で回転子３の界磁巻線３１に外部から励磁電圧を印加することにより、ポールコア３２のそれぞれの爪部が励磁され、固定子巻線２３ａ、２３ｂに三相交流電圧を発生させることができ、整流装置６の出力端子からは所定の直流電力が取り出される。
【００１９】
次に、整流装置６の詳細構造について説明する。図２は、整流装置６の詳細形状を示す平面図である。また、図３は整流装置６に含まれる整流素子の断面図である。図４は、整流素子の外観を示す斜視図である。図５は、整流素子を引出線側から見た図であり、封止材が充填される前の状態が示されている。
【００２０】
図１および図２に示すように、整流装置６は、回転軸方向に所定の間隔を有する負極側放熱板６２および正極側放熱板６３と、これらの間に配置された端子台６１と、負極側放熱板６２に取り付けられた複数個（例えば３個）の負極側整流素子６５と、正極側放熱板６３に取り付けられた複数個（例えば３個）の正極側整流素子６６とを含んで構成されている。
【００２１】
正極側放熱板６３は、リヤカバー９の内径にほぼ等しい外径寸法の円弧形状を有しており、所定の間隔で円周方向に沿った３箇所に正極側整流素子６６を圧入するための打ち込み孔１２０を有している。各正極側整流素子６６からは配線用の２本の引出線１３０ａ、１３０ｂが延びており、端子台６１から露出した配線用電極６９ａ、６９ｂにこれらの引出線１３０ａ、１３０ｂが溶接等によって接合されている。
【００２２】
また、負極側放熱板６２は、正極側放熱板６３の外径よりも小さな外径寸法の円弧形状を有しており、所定の間隔で円周方向に沿った３箇所に負極側整流素子６５を圧入するための打ち込み孔１００を有している。各負極側整流素子６５からは配線用の２本の引出線が延びており、これらの引出線が端子台６１から露出した配線用電極に溶接等によって接合されている。
【００２３】
図３に示すように、正極側整流素子６６は、金属容器１２１、金属板１２２、半導体チップ１２３ａ、１２３ｂ、引出線１３０ａ、１３０ｂ等を含んで構成されている。金属容器１２１は、外周にローレット加工面１２４が、一方の端面に凹部１２５が形成された円筒形状を有している。この凹部１２５の底面に金属板１２２が半田付けされており、その上部に２つの半導体チップ１２３ａ、１２３ｂが、さらにその上部に２本の引出線１３０ａ、１３０ｂが半田付けされている。
【００２４】
例えば、本実施例では金属部材としての金属板１２２は、通電中の温度上昇による半田層１２６と半導体チップ１２３ａ、１２３ｂとの間の熱膨張の差によって生じる応力を緩和させるために、半導体チップ１２３ａ、１２３ｂの材料とその他の構成材料との間で熱膨張係数の整合をとるという目的で、銅−鉄，ニッケル−銅の三層構造のクラッド材が使用されている。また、金属容器１２１の凹部１２５の内部には、半導体チップ１２３ａ、１２３ｂ周辺を保護するために、封止材１２７が充填されている。
【００２５】
また、半導体チップ１２３ａ、１２３ｂは、図６あるいは図７に示すように、従来形状を有する半導体チップ１２３を、面積が同じになるように２分割する行程を追加するだけで製造することができるため、コストの上昇を最小限に抑えることができる。なお、負極側整流素子６５も同様の構造を有している。
【００２６】
各負極側整流素子６５から引き出された一方の引出線と各正極側整流素子６６から引き出された一方の引出線１３０ａが端子台６１の内外に設けられた共通の配線用電極６９ａに接合されており、一方の三相全波整流回路６Ａが構成されている。同様に、各負極側整流素子６５から引き出された他方の引出線と各正極側整流素子６６から引き出された他方の引出線１３０ｂが端子台６１の内外に設けられた共通の配線用電極６９ｂに接合されており、他方の三相全波整流回路６Ｂが構成されている。
【００２７】
図８は、本実施形態の車両用交流発電機１の結線図である。図８に示すように、Ｘ相、Ｙ相、Ｚ相からなる一方の固定子巻線２３ａが一方の三相全波整流回路６Ａに接続されており、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相からなる他方の固定子巻線２３ｂが他方の三相全波整流回路６Ｂに接続されている。
【００２８】
このように、本実施形態の車両用交流発電機１では、整流装置６に含まれる負極側整流素子６５および正極側整流素子６６のそれぞれには、一つの金属容器に同極性の２個の半導体チップが搭載されているため、必要な負極側整流素子６５および正極側整流素子６６の数を半分に減らすことができ、部品点数の低減、組み付け工程の簡略化によるコストの低減が可能になる。また、１つの金属容器には、同極性の２個の半導体チップが搭載されるため、それほど厳重な絶縁対策を施す必要がなく、絶縁処理によって生じるコストの上昇を抑えることができる。
【００２９】
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。上述した整流装置６では、負極側整流素子６５と正極側整流素子６６を打ち込み孔に圧入することにより取り付けたが、半田付けや溶接によって取り付けるようにしてもよい。図９は、半田付けによって放熱板に取り付けられる整流素子の外観を示す斜視図である。金属容器の形状を変更するだけで、上述した負極側整流素子６５や正極側整流素子６６と同様の構造を実現することができる。
【００３０】
また、上述した実施形態では、整流装置６の各放熱板の面積を可能な限り広くしたが、発電時の温度が低い構成の発電機の場合には、図１０に示すように、各放熱板の面積を小さくするようにしてもよい。整流素子の数が半分になっているため、放熱板の面積を小さくすることが可能であり、整流装置の省スペース化を容易に実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】車両用交流発電機の全体構成を示す図である。
【図２】整流装置の詳細形状を示す平面図である。
【図３】整流装置に含まれる整流素子の断面図である。
【図４】整流素子の外観を示す斜視図である。
【図５】整流素子を引出線側から見た図である。
【図６】半導体チップの形成方法を示す図である。
【図７】半導体チップの形成方法を示す図である。
【図８】車両用交流発電機の結線図である。
【図９】半田付けによって放熱板に取り付けられる整流素子の外観を示す斜視図である。
【図１０】整流装置の変形例を示す平面図である。
【図１１】従来の整流装置の構成を示す平面図である。
【符号の説明】
１  車両用交流発電機
２  固定子
３  回転子
４、５  フレーム
６  整流装置
９  リヤカバー
６１  端子台
６２  負極側放熱板
６３  正極側放熱板
６５  負極側整流素子
６６  正極側整流素子
１２１  金属容器
１２２  金属板
１２３ａ、１２３ｂ  半導体チップ
１３０ａ、１３０ｂ  引出線
【図１】
0004284860.tif 000002
【図２】
0004284860.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
0004284860.tif 000007
【図７】
0004284860.tif 000008
【図８】
0004284860.tif 000009
【図９】
0004284860.tif 000010
【図１０】
0004284860.tif 000011
【図１１】
0004284860.tif 000012