車両用交流発電機及び車両用発電電動装置
【課題】整流装置の冷却のために別部品を追加することなく、効率的に整流装置を冷却可能な車両用回転電機を提供する。
【解決手段】回転子磁極６が固定されたシャフト９が軸受けにより回転自在に支持された回転子５と、回転子５に取り付けられ回転子５の回転により冷却風を発生させるファン１５と、固定子コイル３を有し、回転子５の外周に配置された固定子１と、軸受け及び固定子１を支持するとともに、ファン１５によって発生した冷却風の通路を形成するＲブラケット１１と、回転子５から発生した電力を整流する整流装置２５と、固定子コイル３と整流装置２５間を電気的に接続する導電体と、導電体の周囲を絶縁部材で形成する結線部品２７と、を有し、固定子１の固定子コイル３と整流装置２５間に結線部品２７を配置した車両用交流発電機。
【解決手段】回転子磁極６が固定されたシャフト９が軸受けにより回転自在に支持された回転子５と、回転子５に取り付けられ回転子５の回転により冷却風を発生させるファン１５と、固定子コイル３を有し、回転子５の外周に配置された固定子１と、軸受け及び固定子１を支持するとともに、ファン１５によって発生した冷却風の通路を形成するＲブラケット１１と、回転子５から発生した電力を整流する整流装置２５と、固定子コイル３と整流装置２５間を電気的に接続する導電体と、導電体の周囲を絶縁部材で形成する結線部品２７と、を有し、固定子１の固定子コイル３と整流装置２５間に結線部品２７を配置した車両用交流発電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は車両用交流発電機及び車両用発電電動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両における電気負荷に電力を供給するために、車両用交流発電機が内燃機関であるエンジンに搭載されている。車両用交流発電機ではエンジンの回転力をベルト，プーリーを介して回転子を回転させ、固定子巻線に交流電力を発生する。交流発電機のリアブラケットには、発生した交流電力を直流に整流するための整流装置が設置されており、整流された電力をバッテリーなどの蓄電池に供給する。回転子に設けられたファンは整流装置近傍から冷却風を取り込み整流装置の冷却を行う。その後、冷却風は発熱した固定子のエンドコイル部を通過して回転電機外部へと排気される。
【０００３】
従来より、冷却風は電子部品を冷却するための冷却フィンと、回転電機側のリアブラケット間から取り込まれ、リアブラケット中心近傍に設けられた通風窓を通過した後、回転電機内のエンドコイル部を通過して、回転電機外部に排気される技術が知られている（例えば特許文献１参照）。
【０００４】
また、冷却風を反リアブラケット側から取り入れる構造、すなわち整流装置の冷却フィンを回転軸の近傍に設け、更には外径側から内径側に向かうに従いフィンの突出高さを大きくして、放熱面積を増加させる技術が知られている（例えば特許文献２参照）。本方式では反リアブラケット側のエリアから冷却風を取り入れることが可能で、回転軸と平行な方向からの冷却風の取り入れも可能となる。これについても上記と同様に、取り込まれた冷却風は、リアブラケット中心近傍に設けられた通風窓を通過した後、回転電機内のエンドコイル部を通過して、回転電機外部に排気される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−１６６５３８号公報
【特許文献２】特開２００３−２９９３１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
車両の小型化，エンジンルームの小型化が進む中、車両用交流発電機自体にも小型化が要求されている一方で、電気負荷の増大による高出力化、更には車両用交流発電機自体の多機能化，高効率化もまた要求されている。そのような状況の中、特許文献２に記載のように、回転電機の反リアブラケット側から回転軸近傍を通して冷却風を取り入れる構造、特に回転軸と平行な方向から冷却風を取り入れる構造では、整流装置を構成する電子部品の搭載スペースは減少し、リアブラケット投影面上において電子部品が占める割合が増加するため、冷却風用の窓面積が減少してしまう。更には上記したようなエンジン始動の機能も付加することで、回転位置検出装置などの部品も回転軸近傍に配置されることとなり、回転軸と平行な方向から冷却風を取り入れる構造は、さらに厳しいこととなる。そのため、上記したように回転電機の外形側から冷却風を取り入れる構造が考えられるが、冷却風が取り込まれる整流装置とリアブラケット間部は、リアブラケットの排気窓と比較的近接した構造となるため、整流装置並びに固定子のエンドコイル部を通過した温風が再度、整流装置とリアブラケット間から取り入れられることとなる。結果、整流装置部に取り込まれる風の温度が高くなり、効率的に整流装置を冷却できない課題がある。
【０００７】
一方で回転電機の高出力により、固定子のエンドコイル部分も発熱量も大きくなる。固定子のエンドコイル部分は比較的大きな発熱量をもつため、その放射熱はリアブラケットの温度を上昇させ、リアブラケットがアルミダイカスト等の放熱性の良い材料で構成される場合には、整流装置とリアブラケット間の冷却風通路、更には、整流装置自体の温度も上昇させてしまうことがあげられる。そこでエンドコイルからの放射熱が引き起こす冷却風通路または整流装置自体の温度上昇に対して、リアブラケットのエンドコイル側もしくは整流装置側に斜熱板等を設けることが考えられるが、部品点数が増加してしまい、コスト増加へと繋がってしまう。
【０００８】
本発明の目的は、整流装置の冷却のために別部品を追加することなく、効率的に整流装置を冷却可能な車両用回転電機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、回転子磁極を有し、回転子磁極が固定された回転軸が２つ以上の軸受けにより回転自在に支持された回転子と、回転子に取り付けられ回転子の回転により冷却風を発生させるファンと、固定子巻線を有し、回転子の外周に配置された固定子と、軸受け及び固定子を支持するとともに、ファンによって発生した冷却風の通路を形成するブラケットと、回転子から発生した電力を整流する整流装置と、固定子巻線と整流装置間を電気的に接続する導電体と、導電体の周囲を絶縁部材で形成する結線部品と、を有し、固定子の固定子巻線と整流装置間に結線部品を配置した車両用交流発電機である。
【００１０】
また本発明は、回転子磁極を有し、回転子磁極が固定された回転軸が２つ以上の軸受けにより回転自在に支持された回転子と、回転子に取り付けられ回転子の回転により冷却風を発生させるファンと、固定子巻線を有し、回転子の外周に配置された固定子と、軸受け及び固定子を支持するとともに、ファンによって発生した冷却風の通路を形成するブラケットと、回転子から発生した電力を整流する整流装置と、固定子巻線と整流装置間を電気的に接続する導電体と、導電体の周囲を絶縁部材で形成する結線部品と、回転子の回転位置を検出する磁気検出手段と、を有し、固定子の固定子巻線と整流装置間に結線部品を配置した車両用発電電動装置である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、整流装置の冷却のために別部品を追加することなく、効率的に整流装置を冷却可能な車両用回転電機を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態による車両用交流発電機の全体構成を示す断面図である。
【図２】本発明の一実施形態による車両用交流発電機の整流装置である。
【図３】本発明の一実施形態による車両用交流発電機の整流装置の固定子と結線部品が接続された状態の外観である。
【図４】本発明の一実施形態による結線部品の外観図である。
【図５】本発明の一実施形態による結線部品の断面図である。
【図６】本発明の一実施形態結線部品に対して、固定子コイルと向かい合う面に板状部材を設けた場合の外観である。
【図７】本発明の一実施形態による車両用発電電動装置の全体構成を示す断面図である。
【図８】本発明の一実施形態による回転子の磁極位置検出装置用の被検出体である磁気部材と磁気部材ホルダーの外観である。
【図９】本発明の一実施形態による磁極位置検出装置の磁気検出手段の鳥瞰図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図１〜図９を用いて、本発明の一実施形態による車両用交流発電機並びに車両用発電電動装置について説明する。
【００１４】
以下の実施形態は、特に車両の電気的負荷及び蓄電池に電力を供給する車両用交流発電機、更にはエンジン始動の機能も兼ね備えた発電電動装置に関する。整流素子とコイル間を接続する端子台の代わりに、車両用交流発電機の整流装置と固定子のエンドコイル間に、固定子のコイルと整流装置を接続するための導電体を備え、その周囲を熱伝導性の低い絶縁物によって形成される結線部品を介在させることで、エンドコイルの熱が、整流装置に伝わるのを抑える。更には上記結線部品には、整流装置とは逆方向に排気がされるよう結線部品の樹脂部の外周部分には、整流装置とは離れる方向に傾斜が設けてあり、回転子部に設けられたファンが生成する冷却風が、交流発電機のエンドコイル部分を通過しリアブラケット外に排気された後、再び整流装置とリアブラケット間に入り込むのを防ぐことで、整流装置の冷却のために別部品を追加することなく、効率的に整流装置を冷却可能な車両用回転電機を提供する。
【００１５】
図１を用いて本実施形態による車両用交流発電機１００の構成について説明する。図１は、本発明の一実施形態による車両用交流発電機１００の全体構成を示す断面である。図１に示す車両用交流発電機１００は、ルンデル型回転子を備えた界磁巻線型回転機である。車両用交流発電機１００は、固定子１と回転子５を備えている。固定子１は、固定子コア２（固定子鉄心）と、固定子コイル３（電機子巻線）を備えている。固定子１は回転子５を囲うように円筒状に形成され、固定子コア２は、円筒部とこの円筒部の内周側に、円筒部の中心に向かって突出した磁極部とからなる。固定子コア２は、電磁鋼板や炭素鋼板などの薄い鋼板を重ねるように積上げられ、固定子コア２の外周を数箇所積層方向に溶接して形成されている。薄板の鋼板から、円筒部に相当するリング部と、磁極部に相当する突出部が一体的にプレス打ち抜き成形される。固定子コア２の磁極部は、円筒部の内周に等間隔で形成されている。隣接する磁極部の間には、周方向に等間隔にスロット部が形成される。固定子コア２を形成する鋼板は、帯状の鋼板にスロットと磁極部を打ち抜いたものを、円筒上に形成してもよい。このスロット部に図には示さない絶縁紙４が挿入され、さらに固定子コイル３が挿入されることで、固定子コイル３が磁極部に巻回されている。
【００１６】
上記固定子１はアルミニウム製のＦブラケット１０とＲブラケット１１間に位置し、通しボルトによって挟む形で固定されている。
【００１７】
回転子５は、界磁巻線型回転機のルンデル型回転子である。回転子５は、回転子磁極６と、界磁巻線７を備えている。回転子磁極６は、２対のクロウポール型の磁極である。爪形磁極６Ａと爪磁極６Ｂの爪部が互い違いに対向して回転子磁極６を構成し、その内周側に位置する巻線枠８に界磁巻線７が巻回されて、回転子磁極６に収納されている。回転子磁極６がシャフト９に固定されることで、界磁巻線型回転機のルンデル型回転子５を構成する。界磁巻線７には、ブラシホルダー１２に収納されたブラシ１３から、スリップリング１４を介して電流を供給され、クロウポール型の回転磁極６に磁束を発生させる。スリップリング１４からは絶縁被覆を被った２本の電線が出ており、また同様にして界磁巻線７からも絶縁被覆を被った２本の電線を引き出し、界磁ターミナル部１７にて接続固定されている。界磁ターミナル部１７は界磁線を固定するよう加工がなされた金属板を絶縁性のある樹脂材にて一体成形したものであり、シャフト９に固定されている。
【００１８】
回転軸であるシャフト９はプーリー側軸受け１８，反プーリー側軸受け１９によって支持されている。
【００１９】
車両用交流発電機１００が車両のエンジンに取り付けられたとき、エンジン軸と回転子５のプーリー２１はベルト等の連結部材を介して機械エネルギーの授受を行う。プーリー２１はプーリーナット２２にてシャフト９に取り付けられている。
【００２０】
プーリー側軸受け１８の内輪側は、固定子コア２との位置調整を行うスペーサ２０を介在させてシャフト９に取り付けられる。またプーリー側軸受け１８の外輪側はＦブラケット１０の中心部に形成された筒状部分に納められ、おさえ板２３とおさえ板用ボルト２４にて固定されている。反プーリー側軸受け１９の内輪側はシャフト９に圧入されており、また外輪側はＲブラケット１１の中心部に形成された筒状部分に収納される。今回、反プーリー側軸受け１９の外周には、部分的にリング状に形成される樹脂成形を施したものを採用している。また回転子磁極６には、車両用交流発電機１００の冷却のためにファン１５，１６が取り付けられており、回転子５の回転とともに、外気を車両用交流発電機１００内に取り込むことが可能となっている。
【００２１】
またＲブラケット１１には整流装置２５がボルト２６にて取り付けられており、また固定子コイル３には、結線部品２７が取り付けられている。結線部品２７と整流装置２５はボルト２８にて電気的に接続されている。整流装置２５にはアルミベース２５Ａが取り付けられており、車両交流発電機の外周側からＲブラケット１１と整流装置５の間をファン１５によって取り込まれた冷却風５０により冷却される。冷却風５０はＲブラケット１１と整流装置２５間から取り込まれ、Ｒブラケット１１の中心近傍に設けられた通気孔を通り、固定子コイル３の周囲を通過した後、Ｒブラケット周囲に設けられた排気孔を抜けて車両用交流発電機１００の外へと排気される。
【００２２】
図２は一例として車両用交流発電機１００の整流装置部分２５の概略図である。整流装置２５はＵ字形状をした樹脂材にて形成されており、４つのエリアに分割されている。４つのエリア中３つのエリア３０ａ，３０ｂ，３０ｃは整流部であり、今回三相の車両用交流発電機１００を想定していることによる。整流部にはそれぞれのエリア毎に所望の整流素子と基板が配置されており、樹脂材内には導電性のある金属体をインサート成形しており、整流素子と基板の配置後、整流素子との電気的接続を行う。整流素子と基板の電気的接続が終わった後、このエリア３０ａ，３０ｂ，３０ｃに絶縁性のある樹脂材を流し込み、整流素子と基板並びに接合部の保護を行う。今回３０ａ，３０ｂ，３０ｃ内に用いている整流素子はＭＯＳＦＥＴ（相補型金属酸化膜半導体）を想定している。４つのエリア中１つのエリア３０ｄには、車両用交流発電機１００の界磁巻線７に所望の電流を流す界磁駆動回路や、固定子コイル３から発生する出力電力を整流素子として使用するＭＯＳ−ＦＥＴの駆動や、エリア３０ｄ近辺に設けられたコネクタ３１を通して、ＣＡＮやＬＩＮといった車両側との通信を行うＩＣが組み込まれている。
【００２３】
また３つのエリア３０ａ，３０ｂ，３０ｃの一画には、それぞれ導電性のある金属体を整流装置２５内にインサート成形した端子部３２ａ，３２ｂ，３２ｃがむき出しになっており、固定子コイル３と整流装置部分２５間との電気的接続を行う。また整流装置部分２５には車両側バッテリーとの直流電力入出力部である端子部３３が設けられている。この端子部は外部から圧着端子付き電線が接続可能なようなボルト形状をしている。また先にも示したが図２に示す整流装置部分２５の片面には円盤状のアルミニウムベース２５Ａが取り付けられており、回転子５に設けられたファン１５の吸気効果により、アルミニウムベース２５Ａを冷却することで、整流装置２５Ａ上に配置してある整流素子や界磁駆動回路部分やＩＣ類を冷却することが可能である。図２において整流装置２５上にＵ字成形された樹脂部の欠損部分には、ブラシホルダー１２とブラシ１３を配置している。ブラシホルダー１２は、アルミニウムベース２５Ａ上にボルト３４等で固定され、更にブラシホルダー１２は電気接続用の端子１２ａ，１２ｂを設け、３０ｄ内に設けた界磁駆動回路部との電気的接続を行う。
【００２４】
図３に固定子とコイル３と結線部品２７が接続された状態を示す。また図４には結線部品２７を図３のＡ方向から見た図を示し、図５には結線部品２７をＢ−Ｂ断面にてカットした断面を示す。図３に示す例では固定子コイル３が三相のスター結線であり、出力線である口出し線３ａ，３ｂ，３ｃと、中性線である口出し線３ｄ，３ｅ，３ｆの計６ヶ所の口出し線が突出している。一方、結線部品２７は出力線結線用に三相分の導体、４０，４１，４２と、中性線結線用の導体４３を持ち、それぞれの導体には三相の出力線結線用にＵ字状の端子４０ａ，４１ａ，４２ａと、中性線結線用にＵ字状の端子４３ａ，４３ｂ，４３ｃの端子部を持ち、それぞれの口出し線３ａから３ｆと電気的接続が行えるようになっている。結線部品２７は図５の断面図に示すように、結線部品２７の周囲を絶縁性のある樹脂２９にて形成されており、樹脂２９内部には電気的接続を行う導体４０，４１，４２そして４３がインサートされている。出力線結線用の導体４０，４１，４２には整流装置２５と接続するために、結線部４０ｂ，４１ｂ，４２ｂが設けられており、図２で示した端子部３２ａ，３２ｂ，３２ｃとボルト２８にて接続される。
【００２５】
図４において出力線結線用の三相分の導体、４０，４１，４２は、樹脂部分２９で隠れている部分は点線で示しており、また中性線結線用の導体４３は樹脂部品２９から出た部分のみを記している。出力線結線を行う導体４０，４１，４２は同一平面上に配置されており、導体４０，４１，４２は中性線結線用導体４３とは、樹脂部品２９を介在させて配置している。今回の例では固定子コイル３がスター結線であるため、導体４３が必要であるが、三相のデルタ結線である場合には、導体４３は省略することが可能である。
【００２６】
この例では端子と口出し線は端子を加締めた後、ハンダ接続を行うことで電気接続を行う形状となっているが、抵抗溶接等の接合技術を用いても良い。
【００２７】
また結線部品２７の中央部には、固定用ボルト４４がインサート成形されている。これは結線部品２７をＲブラケット１１に固定するために設けられており、このボルト４４がＲブラケット１１に設けられた貫通穴を通過した後、ナットにて固定される。今回このボルトは結線部品２７を固定するためのものであり、振動条件等によってはリベット等で代用することも可能であり、更に振動条件が低い場合では、省略することも考えられる。図５に示すように、結線部品２７の形状を担う樹脂部分２９は、結線部品２７の外周部分に傾斜部２９Ａが設けられている。この傾斜部２９Ａは固定子コイル３と結線されたとき図１の車両用交流発電機１００において、整流装置５とは離れる方向に傾斜する形状となっている。
【００２８】
回転子５の回転数が低い場合、ファン１５によって取り込まれる冷却風５０の風量は比較的少なく、結線部品２７が介在しない状態では、固定子コイル３からの銅損熱が熱伝導性のよいアルミニウム製のＲブラケット１１に伝わり、Ｒブラケット１１と整流装置２５間の形成される冷却風の通風路、更には整流装置２５のアルミベース２５Ａと伝わることとなり、固定子コイル３の熱が整流装置５の温度を上げてしまう。特に車両用交流発電機１００の構造では、固定子コイル３と整流装置２５間の距離が比較的短いため、上記温度上昇への影響は顕著である。
【００２９】
また今回、整流装置２５内の整流素子はＭＯＳ−ＦＥＴを想定している。現在、車両交流発電機に使用する整流素子は、ダイオードが主流であるが、ＭＯＳ−ＦＥＴにすることで、素子自体の抵抗を低く抑えることができ、車両交流発電機の効率向上へと繋がる。またＭＯＳ−ＦＥＴはＯＮ−ＯＦＦ制御が可能であるため、直流電源であるバッテリーから電力を供給し交流変換することで、回転電機を力行動作させることが可能となり、発電電動装置としても使用することが可能となる。
【００３０】
一方、ＭＯＳ−ＦＥＴ自体の耐熱温度がダイオードに比べて低いことがあげられる。よってダイオードでは多少固定子コイル３から熱影響を受けても耐熱性が高いことから素子自体の耐力があったものの、整流素子をＭＯＳ−ＦＥＴにすることで、固定子コイル３からの熱影響を抑制することが必須となる。
【００３１】
今回の実施形態では図２に示すとおり固定子コイル３と結線部品２７を接続することで、図１に示すよう、比較的熱抵抗の高い樹脂部材で形成される結線部品２７はＲブラケット１１と固定子コイル３間に配置されるようになる。よって結線部品２７が固定子コイル３と整流装置間の断熱の役目をし、固定子コイル３からの発熱がＲブラケット１１に伝わるのを抑制することができ、整流装置５の温度上昇を抑えることが可能となる。
【００３２】
また回転子５の回転数が高い場合、ファン１５によって取り込まれる冷却風５０の風量は比較的大きくなる。その際、結線部品２７の樹脂傾斜部２９Ａが無い状態では、整流装置２５のアルミベース２５Ａ及び固定子３を冷却した風５０が、再度Ｒブラケット１１と整流装置５間に流入してしまうこととなり、整流装置５を効率的に冷却するのが困難となる。今回の実施形態のように結線部分２７に樹脂傾斜部２９Ａを設けることで、冷却風５０が車両交流発電機１００から排気される際、整流装置５とは離れる方向に排気されることとなるため、排気された冷却風５０が再びＲブラケット１１と整流装置２５間に流入することを抑制することができ、Ｒブラケット１１と整流装置２５間に外気と同等温度の冷却風を取り込むことが可能となる。今回の例では冷却風が車両用交流発電機１００の外周側からのみＲブラケット１１と整流装置２５の間に取り込まれるようにした。対し、Ｒブラッケト上の投影面積に対し、配置される部品が少なかったり、搭載部品を軸方向に重ねて配置したりすることで、車両用交流発電機１００の軸方向からも冷却風を取り入れる構造にした場合、軸方向にも冷却フィンを形成できるよう整流装置２５のアルミベース２５Ａを鋳物等で形成し、車両交流発電機１００の外周側、軸方向から冷却風５０を取り入れる構造にした場合でも、同じ効果が得られる。
【００３３】
図６には図４の結線部品２７に対し、結線部品２７の固定子コイル３と向き合う面から見た図を示す。図６では図５まで記載の内容に存在しない板状部材２７ａが配置されている。図６では内径側から外径側に向けて板状部材が伸びるように配置されており、Ｒブラケット１１の排気窓に合わせて上記板状部材２７が設けられることで、よりスムーズな冷却風５０の排気を促すこととなる。
【００３４】
図７には、本発明の一実施形態による車両用発電電動装置２００の全体構成を示す断面を示す。図７の車両用発電電動装置の基本構成は、図１に示す車両用交流発電機１００と同じように、ルンデル型回転子を備えた界磁巻線型回転機である。車両用発電電動装置２００は、固定子２０１と回転子２０５を備え、固定子１０１は、固定子コア（固定子鉄心）２０２と、固定子コイル（電機子巻線）２０３を備えている。固定子２０１は回転子２０を囲うように円筒状に形成され、固定子コア２０２は、円筒部とこの円筒部の内周側に、円筒部の中心に向かって突出した磁極部とからなる。固定子コア２０２は、円筒部に相当するリング部と、磁極部に相当する突出部がプレス打ち抜き成形された、薄い鋼板を重ねるように積上げられ、固定子コア２０２の外周を数箇所積層方向に溶接して形成されている。このスロット部に図には示さない絶縁紙２０４が挿入され、さらに固定子コイル２０３が挿入されることで、固定子コイル２０３が磁極部に巻回されている。上記固定子２０１はアルミニウム製のＦブラケット２１０とＲブラケット２１１間に位置し、通しボルトによって挟む形で固定されている。
【００３５】
回転子２０５は、界磁巻線型回転機のルンデル型回転子である。回転子２０５は、回転子磁極２０６と、界磁巻線２０７を備えている。回転子磁極２０６は、２対のクロウポール型の磁極である。爪形磁極２０６Ａと爪磁極２０６Ｂの爪部が互い違いに対向して回転子磁極２０６を構成し、その内周側に巻線枠２０８に界磁巻線２０７が巻回されて、回転子磁極２０６に収納されている。回転子磁極２０６がシャフト２０９に固定されることで、界磁巻線型回転機のルンデル型回転子２０５を構成する。界磁巻線２０７には、ブラシホルダー２１２に収納されたブラシ２１３から、スリップリング２１４を介して電流を供給され、クロウポール型の回転磁極２０６に磁束を発生させる。スリップリング２１４からは絶縁被覆を被った２本の電線が出ており、また同様にして界磁巻線２０７からも絶縁被覆を被った２本の電線を引き出し、界磁ターミナル部２１７にて接続固定されている。界磁ターミナル部２１７は界磁線を固定するよう加工がなされた金属板を絶縁性のある樹脂材にて一体成形したものであり、シャフト２０９に固定されている。
【００３６】
回転軸であるシャフト２０９はプーリー側軸受け２１８，反プーリー側軸受け２１９によって支持されている。
【００３７】
車両用発電電動装置２００が車両のエンジンに取り付けられたとき、エンジン軸と回転子２０５のプーリー２２１はベルト等の連結部材を介して機械エネルギーの授受を行う。プーリー２２１はプーリーナット２２２にてシャフト２０９に取り付けられている。
【００３８】
プーリー側軸受け２１８の内輪側は、固定子コア２０２との位置調整を行うスペーサ２２０を介在させてシャフト２０９に取り付けられる。またプーリー側軸受け２１８の外輪側はＦブラケット２１０の中心部に形成された筒状部分に納められ、おさえ板２２３とおさえ板用ボルト２２４にて固定されている。反プーリー側軸受け２１９の内輪側はシャフト２０９に圧入されており、また外輪側はＲブラケット２１１の中心部に形成された筒状部分に収納される。また回転子磁極２０６には、車両用発電電動装置２００の冷却のためにファン２１５，２１６が取り付けられており、回転子２０５の回転とともに、外気を車両用発電電動装置２００内に取り込むことが可能となる。
【００３９】
またＲブラケット２１１には整流装置２２５がボルト２２６にて取り付けられており、また固定子コイル２０３には、結線部品２２７が取り付けられている。結線部品２２７と整流装置２２５はボルト２２８にて電気的に接続されている。整流装置２２５にはアルミベース２２５Ａが取り付けられており、車両用発電電動装置２００の外周側からＲブラケット２１１と整流装置２０５の間をファン２１５によって取り込まれた冷却風２５０により冷却される。冷却風２５０はＲブラケット２１１と整流装置２２５間から取り込まれ、Ｒブラケット２１１の中心近傍に設けられた通気孔を通り、固定子コイル２０３周囲を通過した後、Ｒブラケット周囲に設けられた排気孔を抜けて車両用発電電動装置２００の外へと排気される。
【００４０】
また今回図７に示す車両用発電電動装置２００は磁極位置検出用の被検出体である磁気部材３００と磁気部材ホルダー３０１を搭載している。更には磁極位置検出装置用の磁気検出手段３０２も同時に搭載している。図８には回転子の磁極位置検出装置用の被検出体である磁気部材３００と磁気部材ホルダー３０１を示す。今回磁気部材は永久磁石とし、磁気部材ホルダー３０１はしぼり加工を施した鋼板で形成されている。磁気部材３００である永久磁石は、今回固定子２の磁極が３６個で、回転子コア２０６が１２極であることから、周方向に１２分割されて交互に着磁されている。また永久磁石の着磁方向は回転軸と同方向としている。磁気部材３００は磁気部材ホルダー３０１内に、接着剤等で固定され、磁気部材ホルダー３０１がシャフト２０９に圧入されている。
【００４１】
図９に磁極位置検出装置の磁気検出手段３０２の鳥瞰図を示している。今回の例では磁極位置検出装置の磁気検出手段３０２の磁気検出部材３０３は３個のホールＩＣを用いている。３個のホールＩＣ３０３は、同一円上でかつ等ピッチにて、磁気検出部材用基板３０４に配置されている。磁気検出部材用基板３０４は樹脂材を成形したセンサハウジングＡ３０５と、センサハウジングＢ３０６に収納され、センサハウジングＢ３０６に設けられた間口から信号線３０７を取り出して車両用発電電動装置２００上の整流装置部分２２５に電気的に接続される。信号線３０７は、磁気検出部材３０３からの３個の出力信号と電源の＋と−の計５個の信号線で構成されている。磁極位置検出装置の磁気検出手段３０２のセンサハウジングＡ３０５とセンサハウジングＢ３０６は接着剤等で固定され、センサハウジングＡ３０５に設けられたアーム部３０８によって、Ｒブラケット２１１にボルト等で固定される。また磁極３０９は磁気部材３００からの磁束が磁気検出部材３０３により多く通過するよう、炭素鋼などの磁性体によって形成され、センサハウジングＢ３０６に取り付けられている。
【００４２】
アイドルストップ機能を備えた車両で本車両用発電電動装置が搭載された車両において、車両がアイドルストップから復帰する際、車両側からのアイドルストップ解除の信号や磁極位置検出装置の磁気検出手段３０２の信号などから、整流装置２２５部分に搭載されたＭＯＳ駆動用のＩＣは、整流装置内のＭＯＳ−ＦＥＴをＯＮ−ＯＦＦし、更には界磁駆動回路が界磁巻線２０７に所望の電流を流すことで、発電電動装置２００を力行駆動させ、車両エンジンをスタートさせる。エンジン完爆後には、車両発電電動装置２００は発電装置として働くこととなる。今回、磁気検出部材３０３はホールＩＣを使用したが、磁気抵抗センサや、レゾルバなどを用いても良い。
【００４３】
車両交流発電機１００と同様、図７に示す結線部品２２７の外周側には、整流装置２２５とは離れる方向に傾斜部が設けられた形状となっている。
【００４４】
この効果は車両交流発電機１００と同様、回転子２０５の回転数が低い場合、冷却風２５０の風量は比較的、結線部品２２７が介在しない状態では、固定子コイル２０３からの熱が整流装置２２５の温度上昇を促してしまう。
【００４５】
今回の実施形態では図２に示すとおり固定子コイル３と結線部品２７を接続することで、結線部品２２７が固定子コイル２０３と整流装置２２５間の断熱の役目をし、固定子コイル２０３が整流装置２２５の温度上昇を促すのを抑制することができる。
【００４６】
特に本実施例の発電電動装置では、停止状態のエンジンを回転させる力行動作を要するため、固定子コイルには回転数の低い状態で大きな電流を通電する必要があり、固定子コイルからの発熱量はより大きなものとなる。よって結線部品２２７は固定子コイル２０３と整流装置間２２５の断熱に大きく寄与するものとなる。
【００４７】
また回転子２０５の回転数が高い場合、ファン２１５によって取り込まれる冷却風２５０の風量は比較的大きくなる。その際、結線部分２２７に樹脂傾斜部を設けることで、冷却風２５０が車両用発電電動装置２００から排気される際、整流装置２２５とは離れる方向に排気されることとなるため、排気された冷却風２５０が再びＲブラケット２１１と整流装置２２５間に流入することを抑制することができ、Ｒブラケット２１１と整流装置２２５間に外気と同等温度の冷却風を取り込むことが可能となる。
【００４８】
今回の車両用発電電装装置２００では、冷却風２５０が車両用発電電装装置２００の外周側からのみ取り込まれるようにしたが、車両用交流発電機１００に示した同様の事情で、軸方向からも冷却風を取り入れることが可能な場合には軸方向側にも整流装置２２５のアルミベース２２５Ａを延長し、整流装置２２５を外周方向，軸方向から冷却できる構造にした場合でも、同じ効果が得られる。
【００４９】
また図６のように結線部品２２７の固定子コイル２０３と向き合う面に、内径側から外径側に向けて板状部材が伸びるように配置しても、車両交流発電機１００と同様の効果が得られる。
【００５０】
以上説明したように、本実施形態によれば、整流素子と固定子コイルを接続する部材の代わりに、車両用交流発電機において、固定子コイルと整流装置間を電気的に接続する導体と、その周囲を絶縁材部材で形成する結線部品を、固定子コイルと整流装置間に介在させることで、接続部品が断熱材の役目を果たし、新たな部品の追加無しに、固定子コイルからの発熱が整流装置の温度を上げることを抑制することができる。
【００５１】
また接続部品の固定子コイルと向き合う面の外周側に、整流装置とは離れる方向に傾斜部を設けることで、リアブラケットと整流装置間から流入した冷却風が、整流装置，固定子コイルを冷却した後、再度リアブラケットと整流装置間に流入することを抑制することができ、整流装置の効率的な冷却を行うことができる。
【００５２】
更には本実施形態では車両用発電電動装置が車両交流発電機に似たような構成である場合に同様に適用できるものである。
【００５３】
特に整流素子としてＭＯＳ−ＦＥＴを採用した場合には、ＭＯＳ−ＦＥＴの耐熱温度は、通常整流素子として使われているダイオードに比べて低いため、固定子コイルと整流装置間に断熱部材によって形成される接続部品を介在させることは、ＭＯＳ−ＦＥＴの温度上昇を抑えるのに有効なものである。
【符号の説明】
【００５４】
１ 固定子
３ 固定子コイル
５ 回転子
６ 回転子磁極
９ シャフト
１１ Ｒブラケット
１５ ファン（リア側）
２５ 整流装置
２７ 結線部品
【技術分野】
【０００１】
本発明は車両用交流発電機及び車両用発電電動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両における電気負荷に電力を供給するために、車両用交流発電機が内燃機関であるエンジンに搭載されている。車両用交流発電機ではエンジンの回転力をベルト，プーリーを介して回転子を回転させ、固定子巻線に交流電力を発生する。交流発電機のリアブラケットには、発生した交流電力を直流に整流するための整流装置が設置されており、整流された電力をバッテリーなどの蓄電池に供給する。回転子に設けられたファンは整流装置近傍から冷却風を取り込み整流装置の冷却を行う。その後、冷却風は発熱した固定子のエンドコイル部を通過して回転電機外部へと排気される。
【０００３】
従来より、冷却風は電子部品を冷却するための冷却フィンと、回転電機側のリアブラケット間から取り込まれ、リアブラケット中心近傍に設けられた通風窓を通過した後、回転電機内のエンドコイル部を通過して、回転電機外部に排気される技術が知られている（例えば特許文献１参照）。
【０００４】
また、冷却風を反リアブラケット側から取り入れる構造、すなわち整流装置の冷却フィンを回転軸の近傍に設け、更には外径側から内径側に向かうに従いフィンの突出高さを大きくして、放熱面積を増加させる技術が知られている（例えば特許文献２参照）。本方式では反リアブラケット側のエリアから冷却風を取り入れることが可能で、回転軸と平行な方向からの冷却風の取り入れも可能となる。これについても上記と同様に、取り込まれた冷却風は、リアブラケット中心近傍に設けられた通風窓を通過した後、回転電機内のエンドコイル部を通過して、回転電機外部に排気される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−１６６５３８号公報
【特許文献２】特開２００３−２９９３１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
車両の小型化，エンジンルームの小型化が進む中、車両用交流発電機自体にも小型化が要求されている一方で、電気負荷の増大による高出力化、更には車両用交流発電機自体の多機能化，高効率化もまた要求されている。そのような状況の中、特許文献２に記載のように、回転電機の反リアブラケット側から回転軸近傍を通して冷却風を取り入れる構造、特に回転軸と平行な方向から冷却風を取り入れる構造では、整流装置を構成する電子部品の搭載スペースは減少し、リアブラケット投影面上において電子部品が占める割合が増加するため、冷却風用の窓面積が減少してしまう。更には上記したようなエンジン始動の機能も付加することで、回転位置検出装置などの部品も回転軸近傍に配置されることとなり、回転軸と平行な方向から冷却風を取り入れる構造は、さらに厳しいこととなる。そのため、上記したように回転電機の外形側から冷却風を取り入れる構造が考えられるが、冷却風が取り込まれる整流装置とリアブラケット間部は、リアブラケットの排気窓と比較的近接した構造となるため、整流装置並びに固定子のエンドコイル部を通過した温風が再度、整流装置とリアブラケット間から取り入れられることとなる。結果、整流装置部に取り込まれる風の温度が高くなり、効率的に整流装置を冷却できない課題がある。
【０００７】
一方で回転電機の高出力により、固定子のエンドコイル部分も発熱量も大きくなる。固定子のエンドコイル部分は比較的大きな発熱量をもつため、その放射熱はリアブラケットの温度を上昇させ、リアブラケットがアルミダイカスト等の放熱性の良い材料で構成される場合には、整流装置とリアブラケット間の冷却風通路、更には、整流装置自体の温度も上昇させてしまうことがあげられる。そこでエンドコイルからの放射熱が引き起こす冷却風通路または整流装置自体の温度上昇に対して、リアブラケットのエンドコイル側もしくは整流装置側に斜熱板等を設けることが考えられるが、部品点数が増加してしまい、コスト増加へと繋がってしまう。
【０００８】
本発明の目的は、整流装置の冷却のために別部品を追加することなく、効率的に整流装置を冷却可能な車両用回転電機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、回転子磁極を有し、回転子磁極が固定された回転軸が２つ以上の軸受けにより回転自在に支持された回転子と、回転子に取り付けられ回転子の回転により冷却風を発生させるファンと、固定子巻線を有し、回転子の外周に配置された固定子と、軸受け及び固定子を支持するとともに、ファンによって発生した冷却風の通路を形成するブラケットと、回転子から発生した電力を整流する整流装置と、固定子巻線と整流装置間を電気的に接続する導電体と、導電体の周囲を絶縁部材で形成する結線部品と、を有し、固定子の固定子巻線と整流装置間に結線部品を配置した車両用交流発電機である。
【００１０】
また本発明は、回転子磁極を有し、回転子磁極が固定された回転軸が２つ以上の軸受けにより回転自在に支持された回転子と、回転子に取り付けられ回転子の回転により冷却風を発生させるファンと、固定子巻線を有し、回転子の外周に配置された固定子と、軸受け及び固定子を支持するとともに、ファンによって発生した冷却風の通路を形成するブラケットと、回転子から発生した電力を整流する整流装置と、固定子巻線と整流装置間を電気的に接続する導電体と、導電体の周囲を絶縁部材で形成する結線部品と、回転子の回転位置を検出する磁気検出手段と、を有し、固定子の固定子巻線と整流装置間に結線部品を配置した車両用発電電動装置である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、整流装置の冷却のために別部品を追加することなく、効率的に整流装置を冷却可能な車両用回転電機を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態による車両用交流発電機の全体構成を示す断面図である。
【図２】本発明の一実施形態による車両用交流発電機の整流装置である。
【図３】本発明の一実施形態による車両用交流発電機の整流装置の固定子と結線部品が接続された状態の外観である。
【図４】本発明の一実施形態による結線部品の外観図である。
【図５】本発明の一実施形態による結線部品の断面図である。
【図６】本発明の一実施形態結線部品に対して、固定子コイルと向かい合う面に板状部材を設けた場合の外観である。
【図７】本発明の一実施形態による車両用発電電動装置の全体構成を示す断面図である。
【図８】本発明の一実施形態による回転子の磁極位置検出装置用の被検出体である磁気部材と磁気部材ホルダーの外観である。
【図９】本発明の一実施形態による磁極位置検出装置の磁気検出手段の鳥瞰図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図１〜図９を用いて、本発明の一実施形態による車両用交流発電機並びに車両用発電電動装置について説明する。
【００１４】
以下の実施形態は、特に車両の電気的負荷及び蓄電池に電力を供給する車両用交流発電機、更にはエンジン始動の機能も兼ね備えた発電電動装置に関する。整流素子とコイル間を接続する端子台の代わりに、車両用交流発電機の整流装置と固定子のエンドコイル間に、固定子のコイルと整流装置を接続するための導電体を備え、その周囲を熱伝導性の低い絶縁物によって形成される結線部品を介在させることで、エンドコイルの熱が、整流装置に伝わるのを抑える。更には上記結線部品には、整流装置とは逆方向に排気がされるよう結線部品の樹脂部の外周部分には、整流装置とは離れる方向に傾斜が設けてあり、回転子部に設けられたファンが生成する冷却風が、交流発電機のエンドコイル部分を通過しリアブラケット外に排気された後、再び整流装置とリアブラケット間に入り込むのを防ぐことで、整流装置の冷却のために別部品を追加することなく、効率的に整流装置を冷却可能な車両用回転電機を提供する。
【００１５】
図１を用いて本実施形態による車両用交流発電機１００の構成について説明する。図１は、本発明の一実施形態による車両用交流発電機１００の全体構成を示す断面である。図１に示す車両用交流発電機１００は、ルンデル型回転子を備えた界磁巻線型回転機である。車両用交流発電機１００は、固定子１と回転子５を備えている。固定子１は、固定子コア２（固定子鉄心）と、固定子コイル３（電機子巻線）を備えている。固定子１は回転子５を囲うように円筒状に形成され、固定子コア２は、円筒部とこの円筒部の内周側に、円筒部の中心に向かって突出した磁極部とからなる。固定子コア２は、電磁鋼板や炭素鋼板などの薄い鋼板を重ねるように積上げられ、固定子コア２の外周を数箇所積層方向に溶接して形成されている。薄板の鋼板から、円筒部に相当するリング部と、磁極部に相当する突出部が一体的にプレス打ち抜き成形される。固定子コア２の磁極部は、円筒部の内周に等間隔で形成されている。隣接する磁極部の間には、周方向に等間隔にスロット部が形成される。固定子コア２を形成する鋼板は、帯状の鋼板にスロットと磁極部を打ち抜いたものを、円筒上に形成してもよい。このスロット部に図には示さない絶縁紙４が挿入され、さらに固定子コイル３が挿入されることで、固定子コイル３が磁極部に巻回されている。
【００１６】
上記固定子１はアルミニウム製のＦブラケット１０とＲブラケット１１間に位置し、通しボルトによって挟む形で固定されている。
【００１７】
回転子５は、界磁巻線型回転機のルンデル型回転子である。回転子５は、回転子磁極６と、界磁巻線７を備えている。回転子磁極６は、２対のクロウポール型の磁極である。爪形磁極６Ａと爪磁極６Ｂの爪部が互い違いに対向して回転子磁極６を構成し、その内周側に位置する巻線枠８に界磁巻線７が巻回されて、回転子磁極６に収納されている。回転子磁極６がシャフト９に固定されることで、界磁巻線型回転機のルンデル型回転子５を構成する。界磁巻線７には、ブラシホルダー１２に収納されたブラシ１３から、スリップリング１４を介して電流を供給され、クロウポール型の回転磁極６に磁束を発生させる。スリップリング１４からは絶縁被覆を被った２本の電線が出ており、また同様にして界磁巻線７からも絶縁被覆を被った２本の電線を引き出し、界磁ターミナル部１７にて接続固定されている。界磁ターミナル部１７は界磁線を固定するよう加工がなされた金属板を絶縁性のある樹脂材にて一体成形したものであり、シャフト９に固定されている。
【００１８】
回転軸であるシャフト９はプーリー側軸受け１８，反プーリー側軸受け１９によって支持されている。
【００１９】
車両用交流発電機１００が車両のエンジンに取り付けられたとき、エンジン軸と回転子５のプーリー２１はベルト等の連結部材を介して機械エネルギーの授受を行う。プーリー２１はプーリーナット２２にてシャフト９に取り付けられている。
【００２０】
プーリー側軸受け１８の内輪側は、固定子コア２との位置調整を行うスペーサ２０を介在させてシャフト９に取り付けられる。またプーリー側軸受け１８の外輪側はＦブラケット１０の中心部に形成された筒状部分に納められ、おさえ板２３とおさえ板用ボルト２４にて固定されている。反プーリー側軸受け１９の内輪側はシャフト９に圧入されており、また外輪側はＲブラケット１１の中心部に形成された筒状部分に収納される。今回、反プーリー側軸受け１９の外周には、部分的にリング状に形成される樹脂成形を施したものを採用している。また回転子磁極６には、車両用交流発電機１００の冷却のためにファン１５，１６が取り付けられており、回転子５の回転とともに、外気を車両用交流発電機１００内に取り込むことが可能となっている。
【００２１】
またＲブラケット１１には整流装置２５がボルト２６にて取り付けられており、また固定子コイル３には、結線部品２７が取り付けられている。結線部品２７と整流装置２５はボルト２８にて電気的に接続されている。整流装置２５にはアルミベース２５Ａが取り付けられており、車両交流発電機の外周側からＲブラケット１１と整流装置５の間をファン１５によって取り込まれた冷却風５０により冷却される。冷却風５０はＲブラケット１１と整流装置２５間から取り込まれ、Ｒブラケット１１の中心近傍に設けられた通気孔を通り、固定子コイル３の周囲を通過した後、Ｒブラケット周囲に設けられた排気孔を抜けて車両用交流発電機１００の外へと排気される。
【００２２】
図２は一例として車両用交流発電機１００の整流装置部分２５の概略図である。整流装置２５はＵ字形状をした樹脂材にて形成されており、４つのエリアに分割されている。４つのエリア中３つのエリア３０ａ，３０ｂ，３０ｃは整流部であり、今回三相の車両用交流発電機１００を想定していることによる。整流部にはそれぞれのエリア毎に所望の整流素子と基板が配置されており、樹脂材内には導電性のある金属体をインサート成形しており、整流素子と基板の配置後、整流素子との電気的接続を行う。整流素子と基板の電気的接続が終わった後、このエリア３０ａ，３０ｂ，３０ｃに絶縁性のある樹脂材を流し込み、整流素子と基板並びに接合部の保護を行う。今回３０ａ，３０ｂ，３０ｃ内に用いている整流素子はＭＯＳＦＥＴ（相補型金属酸化膜半導体）を想定している。４つのエリア中１つのエリア３０ｄには、車両用交流発電機１００の界磁巻線７に所望の電流を流す界磁駆動回路や、固定子コイル３から発生する出力電力を整流素子として使用するＭＯＳ−ＦＥＴの駆動や、エリア３０ｄ近辺に設けられたコネクタ３１を通して、ＣＡＮやＬＩＮといった車両側との通信を行うＩＣが組み込まれている。
【００２３】
また３つのエリア３０ａ，３０ｂ，３０ｃの一画には、それぞれ導電性のある金属体を整流装置２５内にインサート成形した端子部３２ａ，３２ｂ，３２ｃがむき出しになっており、固定子コイル３と整流装置部分２５間との電気的接続を行う。また整流装置部分２５には車両側バッテリーとの直流電力入出力部である端子部３３が設けられている。この端子部は外部から圧着端子付き電線が接続可能なようなボルト形状をしている。また先にも示したが図２に示す整流装置部分２５の片面には円盤状のアルミニウムベース２５Ａが取り付けられており、回転子５に設けられたファン１５の吸気効果により、アルミニウムベース２５Ａを冷却することで、整流装置２５Ａ上に配置してある整流素子や界磁駆動回路部分やＩＣ類を冷却することが可能である。図２において整流装置２５上にＵ字成形された樹脂部の欠損部分には、ブラシホルダー１２とブラシ１３を配置している。ブラシホルダー１２は、アルミニウムベース２５Ａ上にボルト３４等で固定され、更にブラシホルダー１２は電気接続用の端子１２ａ，１２ｂを設け、３０ｄ内に設けた界磁駆動回路部との電気的接続を行う。
【００２４】
図３に固定子とコイル３と結線部品２７が接続された状態を示す。また図４には結線部品２７を図３のＡ方向から見た図を示し、図５には結線部品２７をＢ−Ｂ断面にてカットした断面を示す。図３に示す例では固定子コイル３が三相のスター結線であり、出力線である口出し線３ａ，３ｂ，３ｃと、中性線である口出し線３ｄ，３ｅ，３ｆの計６ヶ所の口出し線が突出している。一方、結線部品２７は出力線結線用に三相分の導体、４０，４１，４２と、中性線結線用の導体４３を持ち、それぞれの導体には三相の出力線結線用にＵ字状の端子４０ａ，４１ａ，４２ａと、中性線結線用にＵ字状の端子４３ａ，４３ｂ，４３ｃの端子部を持ち、それぞれの口出し線３ａから３ｆと電気的接続が行えるようになっている。結線部品２７は図５の断面図に示すように、結線部品２７の周囲を絶縁性のある樹脂２９にて形成されており、樹脂２９内部には電気的接続を行う導体４０，４１，４２そして４３がインサートされている。出力線結線用の導体４０，４１，４２には整流装置２５と接続するために、結線部４０ｂ，４１ｂ，４２ｂが設けられており、図２で示した端子部３２ａ，３２ｂ，３２ｃとボルト２８にて接続される。
【００２５】
図４において出力線結線用の三相分の導体、４０，４１，４２は、樹脂部分２９で隠れている部分は点線で示しており、また中性線結線用の導体４３は樹脂部品２９から出た部分のみを記している。出力線結線を行う導体４０，４１，４２は同一平面上に配置されており、導体４０，４１，４２は中性線結線用導体４３とは、樹脂部品２９を介在させて配置している。今回の例では固定子コイル３がスター結線であるため、導体４３が必要であるが、三相のデルタ結線である場合には、導体４３は省略することが可能である。
【００２６】
この例では端子と口出し線は端子を加締めた後、ハンダ接続を行うことで電気接続を行う形状となっているが、抵抗溶接等の接合技術を用いても良い。
【００２７】
また結線部品２７の中央部には、固定用ボルト４４がインサート成形されている。これは結線部品２７をＲブラケット１１に固定するために設けられており、このボルト４４がＲブラケット１１に設けられた貫通穴を通過した後、ナットにて固定される。今回このボルトは結線部品２７を固定するためのものであり、振動条件等によってはリベット等で代用することも可能であり、更に振動条件が低い場合では、省略することも考えられる。図５に示すように、結線部品２７の形状を担う樹脂部分２９は、結線部品２７の外周部分に傾斜部２９Ａが設けられている。この傾斜部２９Ａは固定子コイル３と結線されたとき図１の車両用交流発電機１００において、整流装置５とは離れる方向に傾斜する形状となっている。
【００２８】
回転子５の回転数が低い場合、ファン１５によって取り込まれる冷却風５０の風量は比較的少なく、結線部品２７が介在しない状態では、固定子コイル３からの銅損熱が熱伝導性のよいアルミニウム製のＲブラケット１１に伝わり、Ｒブラケット１１と整流装置２５間の形成される冷却風の通風路、更には整流装置２５のアルミベース２５Ａと伝わることとなり、固定子コイル３の熱が整流装置５の温度を上げてしまう。特に車両用交流発電機１００の構造では、固定子コイル３と整流装置２５間の距離が比較的短いため、上記温度上昇への影響は顕著である。
【００２９】
また今回、整流装置２５内の整流素子はＭＯＳ−ＦＥＴを想定している。現在、車両交流発電機に使用する整流素子は、ダイオードが主流であるが、ＭＯＳ−ＦＥＴにすることで、素子自体の抵抗を低く抑えることができ、車両交流発電機の効率向上へと繋がる。またＭＯＳ−ＦＥＴはＯＮ−ＯＦＦ制御が可能であるため、直流電源であるバッテリーから電力を供給し交流変換することで、回転電機を力行動作させることが可能となり、発電電動装置としても使用することが可能となる。
【００３０】
一方、ＭＯＳ−ＦＥＴ自体の耐熱温度がダイオードに比べて低いことがあげられる。よってダイオードでは多少固定子コイル３から熱影響を受けても耐熱性が高いことから素子自体の耐力があったものの、整流素子をＭＯＳ−ＦＥＴにすることで、固定子コイル３からの熱影響を抑制することが必須となる。
【００３１】
今回の実施形態では図２に示すとおり固定子コイル３と結線部品２７を接続することで、図１に示すよう、比較的熱抵抗の高い樹脂部材で形成される結線部品２７はＲブラケット１１と固定子コイル３間に配置されるようになる。よって結線部品２７が固定子コイル３と整流装置間の断熱の役目をし、固定子コイル３からの発熱がＲブラケット１１に伝わるのを抑制することができ、整流装置５の温度上昇を抑えることが可能となる。
【００３２】
また回転子５の回転数が高い場合、ファン１５によって取り込まれる冷却風５０の風量は比較的大きくなる。その際、結線部品２７の樹脂傾斜部２９Ａが無い状態では、整流装置２５のアルミベース２５Ａ及び固定子３を冷却した風５０が、再度Ｒブラケット１１と整流装置５間に流入してしまうこととなり、整流装置５を効率的に冷却するのが困難となる。今回の実施形態のように結線部分２７に樹脂傾斜部２９Ａを設けることで、冷却風５０が車両交流発電機１００から排気される際、整流装置５とは離れる方向に排気されることとなるため、排気された冷却風５０が再びＲブラケット１１と整流装置２５間に流入することを抑制することができ、Ｒブラケット１１と整流装置２５間に外気と同等温度の冷却風を取り込むことが可能となる。今回の例では冷却風が車両用交流発電機１００の外周側からのみＲブラケット１１と整流装置２５の間に取り込まれるようにした。対し、Ｒブラッケト上の投影面積に対し、配置される部品が少なかったり、搭載部品を軸方向に重ねて配置したりすることで、車両用交流発電機１００の軸方向からも冷却風を取り入れる構造にした場合、軸方向にも冷却フィンを形成できるよう整流装置２５のアルミベース２５Ａを鋳物等で形成し、車両交流発電機１００の外周側、軸方向から冷却風５０を取り入れる構造にした場合でも、同じ効果が得られる。
【００３３】
図６には図４の結線部品２７に対し、結線部品２７の固定子コイル３と向き合う面から見た図を示す。図６では図５まで記載の内容に存在しない板状部材２７ａが配置されている。図６では内径側から外径側に向けて板状部材が伸びるように配置されており、Ｒブラケット１１の排気窓に合わせて上記板状部材２７が設けられることで、よりスムーズな冷却風５０の排気を促すこととなる。
【００３４】
図７には、本発明の一実施形態による車両用発電電動装置２００の全体構成を示す断面を示す。図７の車両用発電電動装置の基本構成は、図１に示す車両用交流発電機１００と同じように、ルンデル型回転子を備えた界磁巻線型回転機である。車両用発電電動装置２００は、固定子２０１と回転子２０５を備え、固定子１０１は、固定子コア（固定子鉄心）２０２と、固定子コイル（電機子巻線）２０３を備えている。固定子２０１は回転子２０を囲うように円筒状に形成され、固定子コア２０２は、円筒部とこの円筒部の内周側に、円筒部の中心に向かって突出した磁極部とからなる。固定子コア２０２は、円筒部に相当するリング部と、磁極部に相当する突出部がプレス打ち抜き成形された、薄い鋼板を重ねるように積上げられ、固定子コア２０２の外周を数箇所積層方向に溶接して形成されている。このスロット部に図には示さない絶縁紙２０４が挿入され、さらに固定子コイル２０３が挿入されることで、固定子コイル２０３が磁極部に巻回されている。上記固定子２０１はアルミニウム製のＦブラケット２１０とＲブラケット２１１間に位置し、通しボルトによって挟む形で固定されている。
【００３５】
回転子２０５は、界磁巻線型回転機のルンデル型回転子である。回転子２０５は、回転子磁極２０６と、界磁巻線２０７を備えている。回転子磁極２０６は、２対のクロウポール型の磁極である。爪形磁極２０６Ａと爪磁極２０６Ｂの爪部が互い違いに対向して回転子磁極２０６を構成し、その内周側に巻線枠２０８に界磁巻線２０７が巻回されて、回転子磁極２０６に収納されている。回転子磁極２０６がシャフト２０９に固定されることで、界磁巻線型回転機のルンデル型回転子２０５を構成する。界磁巻線２０７には、ブラシホルダー２１２に収納されたブラシ２１３から、スリップリング２１４を介して電流を供給され、クロウポール型の回転磁極２０６に磁束を発生させる。スリップリング２１４からは絶縁被覆を被った２本の電線が出ており、また同様にして界磁巻線２０７からも絶縁被覆を被った２本の電線を引き出し、界磁ターミナル部２１７にて接続固定されている。界磁ターミナル部２１７は界磁線を固定するよう加工がなされた金属板を絶縁性のある樹脂材にて一体成形したものであり、シャフト２０９に固定されている。
【００３６】
回転軸であるシャフト２０９はプーリー側軸受け２１８，反プーリー側軸受け２１９によって支持されている。
【００３７】
車両用発電電動装置２００が車両のエンジンに取り付けられたとき、エンジン軸と回転子２０５のプーリー２２１はベルト等の連結部材を介して機械エネルギーの授受を行う。プーリー２２１はプーリーナット２２２にてシャフト２０９に取り付けられている。
【００３８】
プーリー側軸受け２１８の内輪側は、固定子コア２０２との位置調整を行うスペーサ２２０を介在させてシャフト２０９に取り付けられる。またプーリー側軸受け２１８の外輪側はＦブラケット２１０の中心部に形成された筒状部分に納められ、おさえ板２２３とおさえ板用ボルト２２４にて固定されている。反プーリー側軸受け２１９の内輪側はシャフト２０９に圧入されており、また外輪側はＲブラケット２１１の中心部に形成された筒状部分に収納される。また回転子磁極２０６には、車両用発電電動装置２００の冷却のためにファン２１５，２１６が取り付けられており、回転子２０５の回転とともに、外気を車両用発電電動装置２００内に取り込むことが可能となる。
【００３９】
またＲブラケット２１１には整流装置２２５がボルト２２６にて取り付けられており、また固定子コイル２０３には、結線部品２２７が取り付けられている。結線部品２２７と整流装置２２５はボルト２２８にて電気的に接続されている。整流装置２２５にはアルミベース２２５Ａが取り付けられており、車両用発電電動装置２００の外周側からＲブラケット２１１と整流装置２０５の間をファン２１５によって取り込まれた冷却風２５０により冷却される。冷却風２５０はＲブラケット２１１と整流装置２２５間から取り込まれ、Ｒブラケット２１１の中心近傍に設けられた通気孔を通り、固定子コイル２０３周囲を通過した後、Ｒブラケット周囲に設けられた排気孔を抜けて車両用発電電動装置２００の外へと排気される。
【００４０】
また今回図７に示す車両用発電電動装置２００は磁極位置検出用の被検出体である磁気部材３００と磁気部材ホルダー３０１を搭載している。更には磁極位置検出装置用の磁気検出手段３０２も同時に搭載している。図８には回転子の磁極位置検出装置用の被検出体である磁気部材３００と磁気部材ホルダー３０１を示す。今回磁気部材は永久磁石とし、磁気部材ホルダー３０１はしぼり加工を施した鋼板で形成されている。磁気部材３００である永久磁石は、今回固定子２の磁極が３６個で、回転子コア２０６が１２極であることから、周方向に１２分割されて交互に着磁されている。また永久磁石の着磁方向は回転軸と同方向としている。磁気部材３００は磁気部材ホルダー３０１内に、接着剤等で固定され、磁気部材ホルダー３０１がシャフト２０９に圧入されている。
【００４１】
図９に磁極位置検出装置の磁気検出手段３０２の鳥瞰図を示している。今回の例では磁極位置検出装置の磁気検出手段３０２の磁気検出部材３０３は３個のホールＩＣを用いている。３個のホールＩＣ３０３は、同一円上でかつ等ピッチにて、磁気検出部材用基板３０４に配置されている。磁気検出部材用基板３０４は樹脂材を成形したセンサハウジングＡ３０５と、センサハウジングＢ３０６に収納され、センサハウジングＢ３０６に設けられた間口から信号線３０７を取り出して車両用発電電動装置２００上の整流装置部分２２５に電気的に接続される。信号線３０７は、磁気検出部材３０３からの３個の出力信号と電源の＋と−の計５個の信号線で構成されている。磁極位置検出装置の磁気検出手段３０２のセンサハウジングＡ３０５とセンサハウジングＢ３０６は接着剤等で固定され、センサハウジングＡ３０５に設けられたアーム部３０８によって、Ｒブラケット２１１にボルト等で固定される。また磁極３０９は磁気部材３００からの磁束が磁気検出部材３０３により多く通過するよう、炭素鋼などの磁性体によって形成され、センサハウジングＢ３０６に取り付けられている。
【００４２】
アイドルストップ機能を備えた車両で本車両用発電電動装置が搭載された車両において、車両がアイドルストップから復帰する際、車両側からのアイドルストップ解除の信号や磁極位置検出装置の磁気検出手段３０２の信号などから、整流装置２２５部分に搭載されたＭＯＳ駆動用のＩＣは、整流装置内のＭＯＳ−ＦＥＴをＯＮ−ＯＦＦし、更には界磁駆動回路が界磁巻線２０７に所望の電流を流すことで、発電電動装置２００を力行駆動させ、車両エンジンをスタートさせる。エンジン完爆後には、車両発電電動装置２００は発電装置として働くこととなる。今回、磁気検出部材３０３はホールＩＣを使用したが、磁気抵抗センサや、レゾルバなどを用いても良い。
【００４３】
車両交流発電機１００と同様、図７に示す結線部品２２７の外周側には、整流装置２２５とは離れる方向に傾斜部が設けられた形状となっている。
【００４４】
この効果は車両交流発電機１００と同様、回転子２０５の回転数が低い場合、冷却風２５０の風量は比較的、結線部品２２７が介在しない状態では、固定子コイル２０３からの熱が整流装置２２５の温度上昇を促してしまう。
【００４５】
今回の実施形態では図２に示すとおり固定子コイル３と結線部品２７を接続することで、結線部品２２７が固定子コイル２０３と整流装置２２５間の断熱の役目をし、固定子コイル２０３が整流装置２２５の温度上昇を促すのを抑制することができる。
【００４６】
特に本実施例の発電電動装置では、停止状態のエンジンを回転させる力行動作を要するため、固定子コイルには回転数の低い状態で大きな電流を通電する必要があり、固定子コイルからの発熱量はより大きなものとなる。よって結線部品２２７は固定子コイル２０３と整流装置間２２５の断熱に大きく寄与するものとなる。
【００４７】
また回転子２０５の回転数が高い場合、ファン２１５によって取り込まれる冷却風２５０の風量は比較的大きくなる。その際、結線部分２２７に樹脂傾斜部を設けることで、冷却風２５０が車両用発電電動装置２００から排気される際、整流装置２２５とは離れる方向に排気されることとなるため、排気された冷却風２５０が再びＲブラケット２１１と整流装置２２５間に流入することを抑制することができ、Ｒブラケット２１１と整流装置２２５間に外気と同等温度の冷却風を取り込むことが可能となる。
【００４８】
今回の車両用発電電装装置２００では、冷却風２５０が車両用発電電装装置２００の外周側からのみ取り込まれるようにしたが、車両用交流発電機１００に示した同様の事情で、軸方向からも冷却風を取り入れることが可能な場合には軸方向側にも整流装置２２５のアルミベース２２５Ａを延長し、整流装置２２５を外周方向，軸方向から冷却できる構造にした場合でも、同じ効果が得られる。
【００４９】
また図６のように結線部品２２７の固定子コイル２０３と向き合う面に、内径側から外径側に向けて板状部材が伸びるように配置しても、車両交流発電機１００と同様の効果が得られる。
【００５０】
以上説明したように、本実施形態によれば、整流素子と固定子コイルを接続する部材の代わりに、車両用交流発電機において、固定子コイルと整流装置間を電気的に接続する導体と、その周囲を絶縁材部材で形成する結線部品を、固定子コイルと整流装置間に介在させることで、接続部品が断熱材の役目を果たし、新たな部品の追加無しに、固定子コイルからの発熱が整流装置の温度を上げることを抑制することができる。
【００５１】
また接続部品の固定子コイルと向き合う面の外周側に、整流装置とは離れる方向に傾斜部を設けることで、リアブラケットと整流装置間から流入した冷却風が、整流装置，固定子コイルを冷却した後、再度リアブラケットと整流装置間に流入することを抑制することができ、整流装置の効率的な冷却を行うことができる。
【００５２】
更には本実施形態では車両用発電電動装置が車両交流発電機に似たような構成である場合に同様に適用できるものである。
【００５３】
特に整流素子としてＭＯＳ−ＦＥＴを採用した場合には、ＭＯＳ−ＦＥＴの耐熱温度は、通常整流素子として使われているダイオードに比べて低いため、固定子コイルと整流装置間に断熱部材によって形成される接続部品を介在させることは、ＭＯＳ−ＦＥＴの温度上昇を抑えるのに有効なものである。
【符号の説明】
【００５４】
１ 固定子
３ 固定子コイル
５ 回転子
６ 回転子磁極
９ シャフト
１１ Ｒブラケット
１５ ファン（リア側）
２５ 整流装置
２７ 結線部品
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転子磁極を有し、前記回転子磁極が固定された回転軸が２つ以上の軸受けにより回転自在に支持された回転子と、
前記回転子に取り付けられ回転子の回転により冷却風を発生させるファンと、
固定子巻線を有し、前記回転子の外周に配置された固定子と、
前記軸受け及び前記固定子を支持するとともに、前記ファンによって発生した冷却風の通路を形成するブラケットと、
前記回転子から発生した電力を整流する整流装置と、
前記固定子巻線と前記整流装置間を電気的に接続する導電体と、
前記導電体の周囲を絶縁部材で形成する結線部品と、を有し、
前記固定子の固定子巻線と整流装置間に前記結線部品を配置した車両用交流発電機。
【請求項２】
請求項１記載の車両用交流発電機であって、
前記結線部品を構成する絶縁部材における前記固定子側と向かい合う面の外径側部分に、整流装置とは離れる方向に傾斜が施されている車両用交流発電機。
【請求項３】
請求項２記載の車両用交流発電機であって、
前記固定子側と向かい合う面には絶縁部材で形成される複数の突出した板状部材が、略内径側から外径側へ伸びるように配置されている車両用交流発電機。
【請求項４】
請求項１記載の車両用交流発電機であって、
前記整流装置に組み込まれている整流素子が、ＭＯＳＦＥＴである車両用交流発電機。
【請求項５】
回転子磁極を有し、前記回転子磁極が固定された回転軸が２つ以上の軸受けにより回転自在に支持された回転子と、
前記回転子に取り付けられ回転子の回転により冷却風を発生させるファンと、
固定子巻線を有し、前記回転子の外周に配置された固定子と、
前記軸受け及び前記固定子を支持するとともに、前記ファンによって発生した冷却風の通路を形成するブラケットと、
前記回転子から発生した電力を整流する整流装置と、
前記固定子巻線と前記整流装置間を電気的に接続する導電体と、
前記導電体の周囲を絶縁部材で形成する結線部品と、
前記回転子の回転位置を検出する磁気検出手段と、を有し、
前記固定子の固定子巻線と整流装置間に前記結線部品を配置した車両用発電電動装置。
【請求項６】
請求項５記載の車両用発電電動装置であって、
前記結線部品を構成する絶縁部材における前記固定子側と向かい合う面の外径側部分に、整流装置とは離れる方向に傾斜が施されている車両用発電電動装置。
【請求項７】
請求項６記載の車両用発電電動装置において、
前記固定子側と向かい合う面には絶縁部材で形成される複数の突出した板状部材が、略内径側から外径側へ伸びるよう配置されている車両用発電電動装置。
【請求項８】
請求項５記載の車両用交流発電機であって、
前記整流装置に組み込まれている整流素子が、ＭＯＳＦＥＴである車両用発電電動装置。
【請求項１】
回転子磁極を有し、前記回転子磁極が固定された回転軸が２つ以上の軸受けにより回転自在に支持された回転子と、
前記回転子に取り付けられ回転子の回転により冷却風を発生させるファンと、
固定子巻線を有し、前記回転子の外周に配置された固定子と、
前記軸受け及び前記固定子を支持するとともに、前記ファンによって発生した冷却風の通路を形成するブラケットと、
前記回転子から発生した電力を整流する整流装置と、
前記固定子巻線と前記整流装置間を電気的に接続する導電体と、
前記導電体の周囲を絶縁部材で形成する結線部品と、を有し、
前記固定子の固定子巻線と整流装置間に前記結線部品を配置した車両用交流発電機。
【請求項２】
請求項１記載の車両用交流発電機であって、
前記結線部品を構成する絶縁部材における前記固定子側と向かい合う面の外径側部分に、整流装置とは離れる方向に傾斜が施されている車両用交流発電機。
【請求項３】
請求項２記載の車両用交流発電機であって、
前記固定子側と向かい合う面には絶縁部材で形成される複数の突出した板状部材が、略内径側から外径側へ伸びるように配置されている車両用交流発電機。
【請求項４】
請求項１記載の車両用交流発電機であって、
前記整流装置に組み込まれている整流素子が、ＭＯＳＦＥＴである車両用交流発電機。
【請求項５】
回転子磁極を有し、前記回転子磁極が固定された回転軸が２つ以上の軸受けにより回転自在に支持された回転子と、
前記回転子に取り付けられ回転子の回転により冷却風を発生させるファンと、
固定子巻線を有し、前記回転子の外周に配置された固定子と、
前記軸受け及び前記固定子を支持するとともに、前記ファンによって発生した冷却風の通路を形成するブラケットと、
前記回転子から発生した電力を整流する整流装置と、
前記固定子巻線と前記整流装置間を電気的に接続する導電体と、
前記導電体の周囲を絶縁部材で形成する結線部品と、
前記回転子の回転位置を検出する磁気検出手段と、を有し、
前記固定子の固定子巻線と整流装置間に前記結線部品を配置した車両用発電電動装置。
【請求項６】
請求項５記載の車両用発電電動装置であって、
前記結線部品を構成する絶縁部材における前記固定子側と向かい合う面の外径側部分に、整流装置とは離れる方向に傾斜が施されている車両用発電電動装置。
【請求項７】
請求項６記載の車両用発電電動装置において、
前記固定子側と向かい合う面には絶縁部材で形成される複数の突出した板状部材が、略内径側から外径側へ伸びるよう配置されている車両用発電電動装置。
【請求項８】
請求項５記載の車両用交流発電機であって、
前記整流装置に組み込まれている整流素子が、ＭＯＳＦＥＴである車両用発電電動装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１０−２３９７２７（Ｐ２０１０−２３９７２７Ａ）
【公開日】平成２２年１０月２１日（２０１０．１０．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−８３９８４（Ｐ２００９−８３９８４）
【出願日】平成２１年３月３１日（２００９．３．３１）
【出願人】（５０９１８６５７９）日立オートモティブシステムズ株式会社 (2,205)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１０月２１日（２０１０．１０．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月３１日（２００９．３．３１）
【出願人】（５０９１８６５７９）日立オートモティブシステムズ株式会社 (2,205)
【Ｆターム（参考）】
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