車両用交流発電機
【課題】整流装置の冷却性の確保とコスト低減が可能な車両用交流発電機を提供すること。
【解決手段】車両用交流発電機１は、回転子２と、回転子２と対向配置された固定子３と、回転子２と固定子３とを支持するフレーム４と、フレーム４に固定されて整流素子の冷却と電気的接続を行う放熱フィン５１、５３を有する整流装置５と、整流装置５を経由して回転子２側に冷却風を吸入する冷却ファン１２とを備えている。放熱フィン５３は、一方の面に形成された凹部５３４と他方の面であって凹部５３４の反対側の同じ位置に形成された凸部５３２とからなる複数のサブフィン５３０を有する。
【解決手段】車両用交流発電機１は、回転子２と、回転子２と対向配置された固定子３と、回転子２と固定子３とを支持するフレーム４と、フレーム４に固定されて整流素子の冷却と電気的接続を行う放熱フィン５１、５３を有する整流装置５と、整流装置５を経由して回転子２側に冷却風を吸入する冷却ファン１２とを備えている。放熱フィン５３は、一方の面に形成された凹部５３４と他方の面であって凹部５３４の反対側の同じ位置に形成された凸部５３２とからなる複数のサブフィン５３０を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
一般に、車両用交流発電機に用いられる整流装置には正極側放熱フィンと負極側放熱フィンが備わっており、それぞれに取り付けられた整流素子の冷却が行われる。例えば、これらの放熱フィンとして、プレス成型にて貫通した丸穴や長丸穴を設けることにより放熱面積を増加させ、これらの穴に冷却風を通して放熱する構造（例えば、特許文献１参照。）や、ダイカスト成型にて放射方向に薄いサブ放熱フィンを多数設けることにより放熱面積を大幅に増加させ、サブ放熱フィン間に冷却風を通して放熱する構造（例えば、特許文献２参照。）が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３７７５２３５号公報（第３−６頁、図１−８）
【特許文献２】特許第３７０７４７７号公報（第５−９頁、図１−１２）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上述した特許文献１に開示された丸穴や長丸穴を設けた放熱フィンを用いる整流装置では、プレス成型を行う型の制約上、貫通した穴と穴の間隔はある程度確保する必要があり、ダイカスト成型品なみの放熱面積の増加は期待できない。また、丸穴や長丸穴を増やしすぎると、放熱フィンの熱容量が減少することになるため、放熱能力が低下することになる。このように、特許文献１に開示された構造の整流装置では冷却性能のさらなる向上が難しいという問題があった。
【０００５】
上述した特許文献２に開示されたサブ放熱フィンを設けた放熱フィンを用いる整流装置では、隣接するサブフィン間や型分割部分にバリが発生し、その除去に時間や手間を要するため、プレス成型品に比べて工数増によるコスト上昇につながるという問題があった。また、整流素子を圧入固定する部分については精度が必要なため、切削加工が必要になり、さらにコストが上昇する。
【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、整流装置の冷却性の確保とコスト低減が可能な車両用交流発電機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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、回転子と、回転子と対向配置された固定子と、回転子と固定子とを支持するフレームと、フレームに固定されて整流素子の冷却と電気的接続を行う放熱フィンを有する整流装置と、整流装置を経由して回転子側に冷却風を吸入する冷却風発生装置とを備える車両用交流発電機において、放熱フィンは、一方の面に形成された凹部と他方の面であって凹部の反対側の同じ位置に形成された凸部とからなる複数のサブフィンを有している。また、上述した放熱フィンは、板材により構成されており、凹部と凸部は、プレス成型により同時に形成されることが望ましい。
【０００８】
凹部と凸部の位置を合わせることにより、板材のプレス成型によりサブフィンを形成することが可能となる。これにより、丸穴や長丸穴を形成する場合に比べて放熱面積を拡大することができるとともに、熱容量の減少を防止することができるため、冷却性能の向上が可能となる。また、プレス成型によりサブフィンを形成する場合には、隣接するサブフィン間などにバリが発生しないため、その除去に時間や手間を要することもなく、コスト低減が可能となる。
【０００９】
また、上述した複数のサブフィンは、回転子の回転軸に対して放射状に形成されていることが望ましい。これにより、回転軸を中心としてサブフィンに沿って効率よく冷却風を導入することが可能となり、冷却性能をさらに向上させることが可能となる。
【００１０】
また、上述した回転軸を中心としたサブフィンの径方向端部において、凹部の深さおよび凸部の高さが徐々に変化していることが望ましい。これにより、サブフィンの端部において乱流が発生することを防止することができ、冷却風を効率よく流すことによる冷却性能の向上が可能となる。
【００１１】
また、上述したサブフィンの一方の径方向端部は、放熱フィンの内周端部および外周端部のいずれか一方まで延在しており、サブフィンの他方の径方向端部において、凹部の深さおよび凸部の高さが徐々に変化していることが望ましい。サブフィンの一方の端部を放熱フィンの内周端部あるいは外周端部まで延在させることにより、この一方の端部において冷却風の流れを円滑にすることができ、冷却性能を上げることができる。
【００１２】
また、上述した放熱フィンは、凹部の底面の一部に形成された貫通穴を有することが望ましい。あるいは、上述した放熱フィンは、凹部の底面の一部に形成された切り欠きを有することが望ましい。これにより、凹部の内部を通して確実に冷却風を流すことが可能になり、放熱フィンの放熱効果を高めることができる。
【００１３】
また、上述した凹部の深さおよび凸部の高さは、放熱フィンの板厚未満であることが望ましい。これにより、凹部に相当する材料を押し上げて凸部を形成するだけで容易にサブフィンを形成することができるとともに、凹部と凸部の間に放熱フィンの材料を残すことにより放熱フィンの強度を確保することができる。
【００１４】
また、上述した凹部の幅は、凸部の幅よりも広いことが望ましい。これにより、板材を打ち抜くことなく変形させてサブフィンを形成することが容易となる。
【００１５】
また、上述した放熱フィンは、整流素子が取り付けられた主フィンと、主フィンの外周側に突出した補助フィンとを有し、補助フィンに複数のサブフィンが形成されていることが望ましい。複数のサブフィンが設けられた補助フィンを主フィンの外周側に配置することにより、外周側から主フィンに流れ込む冷却風の流れを円滑にすることができ、内周側に配置された主フィンに取り付けられた整流素子の周囲に効率よく冷却風を流すことができる。
【００１６】
また、上述した主フィンと補助フィンとの間に、勾配を有する段差が形成されていることが望ましい。段差を付けることにより、高所（上流側）から低所（下流側）に向けて冷却風の流れを促すことができ、補助フィンに到達した冷却風を効率よく主フィン側に導くことができる。また、段差を設けることにより、主フィンと補助フィンからなる放熱フィンの強度を増すことができ、主フィンに取り付けられた整流素子に作用する応力を低減することができる。
【００１７】
また、上述した主フィンは、整流素子と補助フィンとの間に形成された貫通穴を有することが望ましい。これにより、補助フィンに設けられた複数のサブフィンに沿って流れる冷却風を、主フィンに設けられた貫通穴を通して裏側に流すことができ、サブフィンと貫通穴の両方による放熱面積の拡大による冷却性能の向上が可能となる。また、この貫通穴を整流素子と補助フィンとの間に設けることにより、整流素子の近傍を効率よく冷却することができる。
【００１８】
また、上述した回転子の回転軸を中心とした周方向位置が、隣接する２つのサブフィンの間となるように、貫通穴が配置されていることが望ましい。これにより、サブフィン間を通して流れる冷却風の向きを変えることなく貫通穴に向けて流すことができ、貫通穴を通して裏側に流れる冷却風の通風抵抗を減らすことができ、貫通穴を通して流れる冷却風の風量を増すことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】一実施形態の車両用交流発電機の全体構造を示す断面図である。
【図２】整流装置の平面図である。
【図３】整流装置の裏面図である。
【図４】図３のＩＶ−ＩＶ線拡大断面図である。
【図５】負極側放熱フィンの斜視図である。
【図６】図５のＰ部を拡大した部分的な斜視図である。
【図７】サブフィン周辺各部の寸法を示す図である。
【図８】凸部と凹部の外径側の形状を徐々に変化させた変形例を示す部分的な断面図である。
【図９】凹部の底部に貫通穴を設けたサブフィンの変形例を示す断面図である。
【図１０】凹部の底部に切り欠きを設けたサブフィンの変形例を示す断面図である。
【図１１】負極側放熱フィンと正極側放熱フィンの両方を板材をプレス成型した変形例を示す整流装置の正面図である。
【図１２】正極側放熱フィンと負極側放熱フィンのそれぞれに形成したサブフィンの組合せを示す図である。
【図１３】正極側放熱フィンの外周側に補助フィンを設けてサブフィンを形成した変形例を示す整流装置の正面図である。
【図１４】図１３のＸＩＶ−ＸＩＶ線に対応する断面図である。
【図１５】図１４のＱ部の部分拡大図である。
【図１６】図１３のＸＶＩ−ＸＶＩ線拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
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。
【００２１】
図１は、一実施形態の車両用交流発電機の全体構造を示す断面図である。同図に示すように、本実施形態の車両用交流発電機１は、回転子２、固定子３、フレーム４、整流装置５等を含んで構成されている。
【００２２】
回転子２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コイル８を、それぞれが複数個の爪部を有するポールコア７によって、回転軸６を通して両側から挟み込んだ構成を有している。また、フロント側のポールコア７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冷却ファン１１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７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１２が溶接等によって取り付けられている。この冷却ファン１２が、整流装置５を経由して回転子２側に冷却風を吸入する冷却風発生装置に対応する。
【００２３】
また、回転軸６のリヤ側端部近傍には、界磁コイル８の両端に電気的に接続された２つのスリップリング６１、６２が形成されており、これらのスリップリング６１、６２を介してブラシ装置７０から界磁コイル８に対して給電が行われる。固定子３は、回転子２と対向配置され、固定子鉄心３２と固定子巻線３１とを備えている。
【００２４】
フレーム４は、回転子２および固定子３を収容しており、回転子２が回転軸６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２のポールコア７の外周側に所定の隙間を介して配置された固定子３が固定されている。また、フレーム４は、固定子３のコイルエンドに対向した部分に冷却風の吐出穴４２が、軸方向端面に吸入穴４１がそれぞれ設けられている。
【００２５】
整流装置５は、三相の固定子巻線３１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力を得るためのものである。この整流装置５は、フレーム４に固定されており、正極側整流素子が取り付けられてこの正極側整流素子に対する冷却と電気的接続を行う正極側放熱フィン５１と、負極側整流素子が取り付けられてこの負極側整流素子に対する冷却と電気的接続を行う負極側放熱フィン５３と、正極側整流素子と負極側整流素子とを結線する接続ターミナルが埋設された端子台と、正極側放熱フィン５１に設けられた出力端子５７とを備えている。整流装置５の詳細については後述する。
【００２６】
ブラシ装置７０は、整流装置５から回転子２の界磁コイル８に励磁電流を流すためのものであり、回転子２の回転軸６に形成されたスリップリング６１、６２のそれぞれに押圧するブラシ７１、７２を有する。リヤカバー８０は、リヤ側のフレーム４の外側に取り付けられるブラシ装置７０、整流装置５、ＩＣレギュレータ７４等の電気部品を覆って、これらを保護するためのものである。
【００２７】
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２が所定方向に回転する。この状態で回転子２の界磁コイル８に外部から励磁電圧を印加することにより、ポールコア７のそれぞれの爪部が励磁され、固定子巻線３１に三相交流電圧を発生させることができ、整流装置５の出力端子５７からは所定の直流電流が取り出される。
【００２８】
次に、整流装置５の詳細について詳細に説明する。図２は、整流装置５の平面図である。また、図３は整流装置５の裏面図である。これらの図に示すように、整流装置５は、軸方向に２段に重ねられた正極側放熱フィン５１および負極側放熱フィン５３と、正極側放熱フィン５１に取り付けられた複数の正極側整流素子５２と、負極側放熱フィン５３に取り付けられた複数の負極側整流素子５４と、端子台５５等からなる。
【００２９】
端子台５５は、正極側放熱フィン５１および負極側放熱フィン５３のそれぞれを支持するとともにこれらの間を電気的に絶縁する樹脂製絶縁部材（例えばＰＰＳ樹脂）からなり、固定子４で発生する交流電圧を正極側整流素子５２および負極側整流素子５４に導くための電気導体であるターミナル５６を一体樹脂成型により内蔵している。正極側整流素子５２と負極側整流素子５４は、それぞれのリード部５２ａ、５４ａが異極性の放熱フィンに向くように配置されている。例えば、正極側整流素子５２は、正極側放熱フィン５１の貫通した取付穴に打ち込み固定されており、負極側整流素子５４は、負極側放熱フィン５３の貫通した取付穴に打ち込み固定されている。正極側整流素子５２および負極側整流素子５４のそれぞれのリード部５２ａ、５４ａが端子台５５のターミナル５６に電気接続され、全波整流ブリッジ回路が形成されている。
【００３０】
本実施形態では、２組の三相全波整流ブリッジ回路を形成するよう、正極側放熱フィン５１には６個の正極側整流素子５２が、負極側放熱フィン５３には６個の負極側整流素子５４がそれぞれ配置されている。そして、正極側放熱フィン５１の端部に取り付けられた出力端子５７から直流出力が取り出される。
【００３１】
また、正極側放熱フィン５１には、主に正極側整流素子５２の周囲であって、正極側整流素子５２のリード部５２ａと反対側の面に、この面と垂直な向きに突出し、整流装置５を車両用交流発電機１に組み付けた際に回転軸６を中心とした放射状に延在する複数のサブフィン５１０が形成されている。この正極側放熱フィン５１はアルミニウムあるいはアルミニウム合金を用いたダイカスト成型によって形成されており、正極側放熱フィン５１を形成する際に上述した複数のサブフィン５１０が同時に形成される。
【００３２】
また、負極側放熱フィン５３には、主に隣接する負極側整流素子５４の間であって、負極側整流素子５４のリード部５４ａと反対の面に、この面と垂直な向きに突出し、整流装置５を車両用交流発電機１に組み付けた際に回転軸６を中心とした放射状に延在する複数のサブフィン５３０が形成されている。この負極側放熱フィン５３は、上述した正極側放熱フィン５１とは異なり、アルミニウムの板材を用いたプレス成型によって形成されており、負極側放熱フィン５３を形成する際に上述した複数のサブフィン５３０が同時に形成される。
【００３３】
図４は、図３のＩＶ−ＩＶ線拡大断面図である。図５は、負極側放熱フィン５３の斜視図であり、負極側整流素子５４が打ち込まれる前の状態が示されている。図６は、図５のＰ部を拡大した部分的な斜視図である。図７は、サブフィン５３０周辺各部の寸法を示す図である。これらの図に示すように、負極側放熱フィン５３に設けられたサブフィン５３０は、負極側放熱フィン５３の一方の面に形成された凸部５３２と、他方の面であって凸部５３２と対応する位置に形成された凹部５３４からなっている。これらの凸部５３２と凹部５３４は、所定の板厚ｔ（図７）の負極側放熱フィン５３に対してプレス成型を行うことにより同時に形成される。板厚ｔの負極側放熱フィン５３のプレス成型前の面に対して、一方の面に突出する凸部５３２が形成され、他方の面に凹部５３４が形成される。なお、凸部５３２と凹部５３４の形成は、所定の外形形状および負極側整流素子５４の取付穴の形成と同時に行うことが望ましいが、後工程において凸部５３２と凹部５３４を追加するようにしてもよい。
【００３４】
また、凹部５３４の深さＨ１（図７）と凸部５３２の高さＨ２（図７）はともに負極側放熱フィン５３の板厚ｔ未満であり、凹部５３４の幅Ｗ２（図７）は凸部５３２の幅Ｗ１（図７）よりもわずかに広く設定されている。このように凹部５３４の深さＨ１と凸部５３２の高さＨ２を設定することにより、凹部５３４に相当する材料を押し上げて凸部５３２を形成するだけで容易にサブフィン５３０を形成することができる。また、凹部５３４と凸部５３２の間に負極側放熱フィン５３の材料を残すことにより負極側放熱フィン５３の強度を確保することができる。また、このように凹部５３４の幅Ｗ２と凸部５３２の幅Ｗ１を設定することにより、板材を打ち抜くことなく変形させてサブフィン５３０を形成することが容易となる。
【００３５】
また、上述したサブフィン５３０すなわち凸部５３２と凹部５３４は、一方の径方向端部である内径側が負極側放熱フィン５３の内周端部まで延在しており、凹部５３４の内径側には負極側放熱フィン５３の内周側空間につながる開口が存在し、内径側を開放した形状となっている。これにより、サブフィン５３０内径側の端部において冷却風の流れを円滑にすることができ、冷却性能を上げることができる。
【００３６】
このように、本実施形態の車両用交流発電機１に備わった整流装置５では、凹部５３４と凸部５３２の位置を合わせることにより、板材のプレス成型によりサブフィン５３０を形成することが可能となる。これにより、丸穴や長丸穴を形成する場合に比べて負極側放熱フィン５３の放熱面積を拡大することができるとともに、熱容量の減少を防止することができるため、冷却性能の向上が可能となる。また、プレス成型によりサブフィン５３０を形成する場合には、隣接するサブフィン５３０間などにバリが発生しないため、その除去に時間や手間を要することもなく、コスト低減が可能となる。また、サブフィン５３０を回転軸６に対して放射状に形成することにより、回転軸６を中心としてサブフィン５３０に沿って効率よく冷却風を導入することが可能となり、冷却性能をさらに向上させることが可能となる。
【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において種々の変形実施が可能である。例えば、上述した実施形態では、負極側放熱フィン５３のサブフィン５３０を構成する凸部５３２や凹部５３４の他方の径方向端部である外径側の形状については特に説明しなかったが、負極側放熱フィン５３の表面と垂直な面で径方向端部を構成する場合の他、外径側にいくにしたがって凸部５３２の高さを徐々に低くするとともに、凹部５３４の深さを徐々に浅くするようにしてもよい。
【００３８】
図８は、凸部５３２と凹部５３４の外径側の形状を徐々に変化させた変形例を示す部分的な断面図である。図８に示すように、凸部５３２の外径側は、高さが直線状に徐々に低くなるテーパ形状を有している。同様に、凹部５３４の外径側は、深さが直線状に徐々に浅くなるテーパ形状を有している。
【００３９】
また、図８に示す矢印Ａは、回転子２のリヤ側に設けられた冷却ファン１２の回転によって生じる冷却風の流れを示している。冷却風は、一部がリヤカバー８０に設けられた軸方向吸入穴８２を通して、他の一部がリヤカバー８０に設けられた径方向吸入穴８４あるいはリヤカバー８０とフレーム４の間の隙間を通してリヤカバー８０内に取り込まれる。
【００４０】
軸方向吸入穴８２から取り込まれた冷却風は、正極側放熱フィン５１のサブフィン５１０の間を通って負極側放熱フィン５３の表面近傍に到達し、さらに凹部５３４を含むこの表面近傍に沿って内周側に進行した後に吸入穴４１からフレーム４内に吸い込まれる。凹部５３４の外径側がテーパ形状に形成されているため、このような冷却風の流れにおいて、凹部５３４の外径側端部において冷却風の流れを円滑にすることができ、この外径側端部において乱流が発生することを防止することができる。
【００４１】
一方、径方向吸入穴８４あるいはリヤカバー８０とフレーム４の間の隙間から取り込まれた冷却風は、負極側放熱フィン５３の裏面側に導入され、凸部５３２を含むこの裏面近傍に沿って内周側に進行した後に吸入穴４１からフレーム内に吸い込まれる。凸部５３２の外径側がテーパ形状に形成されているため、このような冷却風の流れにおいて、凸部５３２の外径側端部に衝突する冷却風の流れを円滑にすることができ、この外径側端部において乱流が発生することを防止することができる。
【００４２】
また、上述した実施形態では、図５に示すように、負極側放熱フィン５３の外周端部をフレーム４側に湾曲させたが、反フレーム側、すなわち、リヤカバー８０の軸方向吸入穴８２（図８）から取り込まれる冷却風の通風経路側に湾曲させるようにしてもよい。この場合には、軸方向吸入穴８２から取り込まれた冷却風を負極側放熱フィン５３の表面側に効率よく導入することができる。特に、負極側放熱フィン５３の外周端部とリヤカバー８０の内周面との間の隙間が広い場合に、この隙間に冷却風が流れにくくして負極側放熱フィン５３を優先的に冷却することが可能となる。
【００４３】
また、上述した実施形態では、凹部５３４を負極側放熱フィン５３の内周端部まで延在させることにより凹部５３４の内径側を開放した形状としたが、凹部５３４を負極側放熱フィン５３の内周端部まで延在させる代わりに凹部５３４の底部に貫通穴や切り欠きを形成し、これらの貫通穴や切り欠きを通して冷却風を流すようにしてもよい。
【００４４】
図９は、凹部の底部に貫通穴を設けたサブフィンの変形例を示す断面図である。図９に示すサブフィン５３０Ａは、凸部５３２Ａと凹部５３４Ａからなっている。この基本的な構造は、上述したサブフィン５３０と同じである。しかし、この変形例の凹部５３４Ａは、内径側が負極側放熱フィン５３の内周側空間に直接開放してはおらず、負極側放熱フィン５３の板厚部分が残っている。また、凹部５３４Ａの内径寄りの一部に貫通穴５３６が形成されており、その分だけ凸部５３２Ａの径方向長さが短くなっている。凹部５３４Ａの内部に進入した冷却風（矢印Ｂ）はこの貫通穴５３６を通して負極側放熱フィン５３の裏面側に流れる。これにより、凹部５３４の内部を通して冷却風を流すことが可能になり、負極側放熱フィン５３の放熱効果を高めることができる。
【００４５】
図１０は、凹部の底部に切り欠きを設けたサブフィンの変形例を示す断面図である。図１０に示すサブフィン５３０Ｂは、凸部５３２Ｂと凹部５３４Ｂからなっている。この基本的な構造は、上述したサブフィン５３０と同じである。しかし、この変形例の凹部５３４Ｂの底部には、内径側に切り欠き５３８が設けられており、その分だけ凸部５３２Ｂの径方向長さが短くなっている。凹部５３４Ｂの内部に進入した冷却風（矢印Ｃ）はこの切り欠き５３８を通して負極側放熱フィン５３の裏面側に流れる。これにより、凹部５３４Ｂの内部を通して冷却風を流すことが可能になり、負極側放熱フィン５３の放熱効果を高めることができる。
【００４６】
また、上述した実施形態では、負極側放熱フィン５３のみを板材をプレス成型して形成したが、正極側放熱フィン５１のみを板材をプレス成型して形成したり、負極側放熱フィン５３と正極側放熱フィン５１の両方を板材をプレス成型して形成するようにしてもよい。
【００４７】
図１１は、負極側放熱フィンと正極側放熱フィンの両方を板材をプレス成型した変形例を示す整流装置の正面図である。図１１に示す整流装置５Ａは、正極側放熱フィン５１Ａと負極側放熱フィン５３を含んで構成されている。この整流装置５Ａは、図２に示した整流装置５に対して、正極側放熱フィン５１を正極側放熱フィン５１Ａに置き換えた点が異なっている。正極側放熱フィン５１Ａは、負極側放熱フィン５３と同様に、アルミニウムの板材を用いたプレス成型によって形成されている。正極側放熱フィン５１Ａを形成する際に、整流装置５Ａを車両用交流発電機に組み付けた際に回転軸６を中心としたほぼ放射状に延在する複数のサブフィン５１０Ａが同時に形成される。なお、変形例では、正極側放熱フィン５１Ａのプレス成型と、複数のサブフィン５１０Ａのプレス成型とを別々に行うようにしてもよい。
【００４８】
複数のサブフィン５１０Ａは、正極側放熱フィン５１Ａの内周側と外周側のそれぞれに分離した状態で形成されている。それぞれのサブフィン５１０Ａは、図４等に示したサブフィン５３０と基本的に同じ構造を有しており、正極側放熱フィン５１Ａの一方の面（リヤカバー８０側）に形成された凸部と、他方の面であってこの凸部と対応する位置に形成された凹部からなっている。なお、サブフィン５１０Ａは、内周側のみ、あるいは、外周側のみに形成するようにしてもよい。
【００４９】
ところで、板材を用いたプレス成型によって正極側放熱フィン５１Ａと負極側放熱フィン５３のそれぞれにサブフィン５１０Ａ、５３０を形成した場合に、それらの位置と向きの組み合わせは４通りが考えられる。
【００５０】
図１２は、正極側放熱フィン５１Ａと負極側放熱フィン５３のそれぞれに形成したサブフィン５１０Ａ、５３０の組合せを示す図である。図１２（Ａ）に示す例では、それぞれのサブフィン５１０Ａ、５３０の凹部が対向しており、凸部が互いに反対側に配置されている。図１２（Ｂ）に示す例では、サブフィン５３０の凹部とサブフィン５１０Ａの凸部が対向しており、サブフィン５３０の凸部とサブフィン５１０Ａの凹部が互いに反対側に配置されている。図１２（Ｃ）に示す例では、サブフィン５３０の凸部とサブフィン５１０Ａの凹部が対向しており、サブフィン５３０の凹部とサブフィン５１０Ａの凸部が互いに反対側に配置されている。図１２（Ｄ）に示す例では、それぞれのサブフィン５１０Ａ、５３０の凸部が対向しており、凹部が互いに反対側に配置されている。なお、これらの例は、サブフィン５３０とサブフィン５１０Ａの周方向位置が一致している場合であり、周方向位置をずらすようにしてもよい。
【００５１】
また、上述した実施形態では、負極側放熱フィン５３については、内径側に凹部５３４の一方端側を開放したサブフィン５３０を設けたが、外径側に凹部の一方端側を開放したサブフィンを設けたり、これら２種類のサブフィンを両方とも設けるようにしてもよい。
【００５２】
図１３は、正極側放熱フィンの外周側に補助フィンを設けてサブフィンを形成した変形例を示す整流装置の正面図である。また、図１４は図１３のＸＩＶ−ＸＩＶ線に対応する断面図であり、図８に対応する車両用交流発電機の部分的な断面が示されている。図１５は、図１４のＱ部の部分拡大図である。図１６は、図１３のＸＶＩ−ＸＶＩ線拡大断面図である。
【００５３】
図１３〜図１６に示す整流装置５Ｂは、正極側放熱フィン５１Ｂと負極側放熱フィン５３を含んで構成されている。この整流装置５Ｂは、図２に示した整流装置５に対して、正極側放熱フィン５１を正極側放熱フィン５１Ｂに置き換えた点が異なっている。正極側放熱フィン５１Ｂは、負極側放熱フィン５３と同様にアルミニウムの板材を用いたプレス成型によって形成されており、正極側整流素子５２が取り付けられた主フィン５１Ｂ１と、主フィン５１Ｂ１の外周側に突出した３つの補助フィン５１Ｂ２とを有する。補助フィン５１Ｂ２には、回転軸６を中心とした放射状に延在する複数のサブフィン５１０Ｂが形成されている。複数のサブフィン５１０Ｂが設けられた補助フィン５１Ｂ２を主フィン５１Ｂ１の外周側に配置することにより、外周側から主フィン５１Ｂ１に流れ込む冷却風の流れ（図１５において矢印で示されている）を円滑にすることができ、内周側に配置された主フィン５１Ｂ１に取り付けられた正極側整流素子５２の周囲に効率よく冷却風を流すことができる。
【００５４】
また、図１５に示すように、主フィン５１Ｂ１と補助フィン５１Ｂ２との間には、勾配を有する段差５２０が形成されている。この段差５２０は、補助フィン５１Ｂ２の内径側端部に形成されており、図１５に示す例では、この内径側端部の段差５２０の勾配に一致するように、サブフィン５１０Ｂを構成する凹部の深さや凸部の高さが徐々に変化している。段差５２０を設けることにより、高所（上流側）から低所（下流側）に向けて冷却風の流れを促すことができ、補助フィン５１Ｂ２に到達した冷却風を効率よく主フィン５１Ｂ１側に導くことができる。また、段差５２０を設けることにより、主フィン５１Ｂ１と補助フィン５１Ｂ２からなる正極側放熱フィン５１Ｂの強度を増すことができ、主フィン５１Ｂ１に取り付けられた正極側整流素子５２に作用する応力を低減することができる。
【００５５】
さらに、図１３に示すように、主フィン５１Ｂ１には、正極側整流素子５２と補助フィン５１Ｂ２との間に貫通穴５２２が形成されている。これにより、補助フィン５１Ｂ２に設けられた複数のサブフィン５１０Ｂに沿って流れる冷却風を、主フィン５１Ｂ１に設けられた貫通穴５２２を通して裏側に流すことができ、サブフィン５１Ｂ２と貫通穴５２２の両方による放熱面積の拡大による冷却性能の向上が可能となる。また、この貫通穴５２２を正極側整流素子５２と補助フィン５１Ｂ２との間に設けることにより、正極側整流素子５２の近傍を効率よく冷却することができる。また、この貫通穴５２２は、回転軸６を中心としたその周方向位置が、隣接する２つのサブフィン５１０Ｂの間となるように配置されている。これにより、サブフィン５１０Ｂ間を通して流れる冷却風の向きを変えることなく貫通穴５２２に向けて流すことができ、貫通穴５２２を通して裏側に流れる冷却風の通風抵抗を減らすことができ、貫通穴５２２を通して流れる冷却風の風量を増すことができる。
【００５６】
ところで、上述した変形例では、正極側放熱フィン５１Ｂを主フィン５１Ｂ１と補助フィン５１Ｂ２によって構成したが、同様の構成を負極側放熱フィン５３について採用するようにしてもよい。また、主フィン５１Ｂ１と補助フィン５１Ｂ２の間の段差５２０や、主フィン５１Ｂ１に設けられた貫通穴５２２については適宜省略するようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
上述したように、本発明によれば、整流装置５の負極側放熱フィン５３において、凹部５３４と凸部５３２の位置を合わせることにより、板材のプレス成型によりサブフィン５３０を形成することが可能となる。これにより、丸穴や長丸穴を形成する場合に比べて放熱面積を拡大することができるとともに、熱容量の減少を防止することができるため、冷却性能の向上が可能となる。また、プレス成型によりサブフィン５３０を形成する場合には、隣接するサブフィン５３０間などにバリが発生しないため、その除去に時間や手間を要することもなく、コスト低減が可能となる。
【符号の説明】
【００５８】
１ 車両用交流発電機
２ 回転子
３ 固定子
４ フレーム
５ 整流装置
６ 回転軸
５１ 正極側放熱フィン
５３ 負極側放熱フィン
５５ 端子台
５６ ターミナル
５７ 出力端子
５１０、５３０ サブフィン
５２０ 段差
５２２ 貫通穴
５３２ 凸部
５３４ 凹部
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
一般に、車両用交流発電機に用いられる整流装置には正極側放熱フィンと負極側放熱フィンが備わっており、それぞれに取り付けられた整流素子の冷却が行われる。例えば、これらの放熱フィンとして、プレス成型にて貫通した丸穴や長丸穴を設けることにより放熱面積を増加させ、これらの穴に冷却風を通して放熱する構造（例えば、特許文献１参照。）や、ダイカスト成型にて放射方向に薄いサブ放熱フィンを多数設けることにより放熱面積を大幅に増加させ、サブ放熱フィン間に冷却風を通して放熱する構造（例えば、特許文献２参照。）が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３７７５２３５号公報（第３−６頁、図１−８）
【特許文献２】特許第３７０７４７７号公報（第５−９頁、図１−１２）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上述した特許文献１に開示された丸穴や長丸穴を設けた放熱フィンを用いる整流装置では、プレス成型を行う型の制約上、貫通した穴と穴の間隔はある程度確保する必要があり、ダイカスト成型品なみの放熱面積の増加は期待できない。また、丸穴や長丸穴を増やしすぎると、放熱フィンの熱容量が減少することになるため、放熱能力が低下することになる。このように、特許文献１に開示された構造の整流装置では冷却性能のさらなる向上が難しいという問題があった。
【０００５】
上述した特許文献２に開示されたサブ放熱フィンを設けた放熱フィンを用いる整流装置では、隣接するサブフィン間や型分割部分にバリが発生し、その除去に時間や手間を要するため、プレス成型品に比べて工数増によるコスト上昇につながるという問題があった。また、整流素子を圧入固定する部分については精度が必要なため、切削加工が必要になり、さらにコストが上昇する。
【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、整流装置の冷却性の確保とコスト低減が可能な車両用交流発電機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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、回転子と、回転子と対向配置された固定子と、回転子と固定子とを支持するフレームと、フレームに固定されて整流素子の冷却と電気的接続を行う放熱フィンを有する整流装置と、整流装置を経由して回転子側に冷却風を吸入する冷却風発生装置とを備える車両用交流発電機において、放熱フィンは、一方の面に形成された凹部と他方の面であって凹部の反対側の同じ位置に形成された凸部とからなる複数のサブフィンを有している。また、上述した放熱フィンは、板材により構成されており、凹部と凸部は、プレス成型により同時に形成されることが望ましい。
【０００８】
凹部と凸部の位置を合わせることにより、板材のプレス成型によりサブフィンを形成することが可能となる。これにより、丸穴や長丸穴を形成する場合に比べて放熱面積を拡大することができるとともに、熱容量の減少を防止することができるため、冷却性能の向上が可能となる。また、プレス成型によりサブフィンを形成する場合には、隣接するサブフィン間などにバリが発生しないため、その除去に時間や手間を要することもなく、コスト低減が可能となる。
【０００９】
また、上述した複数のサブフィンは、回転子の回転軸に対して放射状に形成されていることが望ましい。これにより、回転軸を中心としてサブフィンに沿って効率よく冷却風を導入することが可能となり、冷却性能をさらに向上させることが可能となる。
【００１０】
また、上述した回転軸を中心としたサブフィンの径方向端部において、凹部の深さおよび凸部の高さが徐々に変化していることが望ましい。これにより、サブフィンの端部において乱流が発生することを防止することができ、冷却風を効率よく流すことによる冷却性能の向上が可能となる。
【００１１】
また、上述したサブフィンの一方の径方向端部は、放熱フィンの内周端部および外周端部のいずれか一方まで延在しており、サブフィンの他方の径方向端部において、凹部の深さおよび凸部の高さが徐々に変化していることが望ましい。サブフィンの一方の端部を放熱フィンの内周端部あるいは外周端部まで延在させることにより、この一方の端部において冷却風の流れを円滑にすることができ、冷却性能を上げることができる。
【００１２】
また、上述した放熱フィンは、凹部の底面の一部に形成された貫通穴を有することが望ましい。あるいは、上述した放熱フィンは、凹部の底面の一部に形成された切り欠きを有することが望ましい。これにより、凹部の内部を通して確実に冷却風を流すことが可能になり、放熱フィンの放熱効果を高めることができる。
【００１３】
また、上述した凹部の深さおよび凸部の高さは、放熱フィンの板厚未満であることが望ましい。これにより、凹部に相当する材料を押し上げて凸部を形成するだけで容易にサブフィンを形成することができるとともに、凹部と凸部の間に放熱フィンの材料を残すことにより放熱フィンの強度を確保することができる。
【００１４】
また、上述した凹部の幅は、凸部の幅よりも広いことが望ましい。これにより、板材を打ち抜くことなく変形させてサブフィンを形成することが容易となる。
【００１５】
また、上述した放熱フィンは、整流素子が取り付けられた主フィンと、主フィンの外周側に突出した補助フィンとを有し、補助フィンに複数のサブフィンが形成されていることが望ましい。複数のサブフィンが設けられた補助フィンを主フィンの外周側に配置することにより、外周側から主フィンに流れ込む冷却風の流れを円滑にすることができ、内周側に配置された主フィンに取り付けられた整流素子の周囲に効率よく冷却風を流すことができる。
【００１６】
また、上述した主フィンと補助フィンとの間に、勾配を有する段差が形成されていることが望ましい。段差を付けることにより、高所（上流側）から低所（下流側）に向けて冷却風の流れを促すことができ、補助フィンに到達した冷却風を効率よく主フィン側に導くことができる。また、段差を設けることにより、主フィンと補助フィンからなる放熱フィンの強度を増すことができ、主フィンに取り付けられた整流素子に作用する応力を低減することができる。
【００１７】
また、上述した主フィンは、整流素子と補助フィンとの間に形成された貫通穴を有することが望ましい。これにより、補助フィンに設けられた複数のサブフィンに沿って流れる冷却風を、主フィンに設けられた貫通穴を通して裏側に流すことができ、サブフィンと貫通穴の両方による放熱面積の拡大による冷却性能の向上が可能となる。また、この貫通穴を整流素子と補助フィンとの間に設けることにより、整流素子の近傍を効率よく冷却することができる。
【００１８】
また、上述した回転子の回転軸を中心とした周方向位置が、隣接する２つのサブフィンの間となるように、貫通穴が配置されていることが望ましい。これにより、サブフィン間を通して流れる冷却風の向きを変えることなく貫通穴に向けて流すことができ、貫通穴を通して裏側に流れる冷却風の通風抵抗を減らすことができ、貫通穴を通して流れる冷却風の風量を増すことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】一実施形態の車両用交流発電機の全体構造を示す断面図である。
【図２】整流装置の平面図である。
【図３】整流装置の裏面図である。
【図４】図３のＩＶ−ＩＶ線拡大断面図である。
【図５】負極側放熱フィンの斜視図である。
【図６】図５のＰ部を拡大した部分的な斜視図である。
【図７】サブフィン周辺各部の寸法を示す図である。
【図８】凸部と凹部の外径側の形状を徐々に変化させた変形例を示す部分的な断面図である。
【図９】凹部の底部に貫通穴を設けたサブフィンの変形例を示す断面図である。
【図１０】凹部の底部に切り欠きを設けたサブフィンの変形例を示す断面図である。
【図１１】負極側放熱フィンと正極側放熱フィンの両方を板材をプレス成型した変形例を示す整流装置の正面図である。
【図１２】正極側放熱フィンと負極側放熱フィンのそれぞれに形成したサブフィンの組合せを示す図である。
【図１３】正極側放熱フィンの外周側に補助フィンを設けてサブフィンを形成した変形例を示す整流装置の正面図である。
【図１４】図１３のＸＩＶ−ＸＩＶ線に対応する断面図である。
【図１５】図１４のＱ部の部分拡大図である。
【図１６】図１３のＸＶＩ−ＸＶＩ線拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
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。
【００２１】
図１は、一実施形態の車両用交流発電機の全体構造を示す断面図である。同図に示すように、本実施形態の車両用交流発電機１は、回転子２、固定子３、フレーム４、整流装置５等を含んで構成されている。
【００２２】
回転子２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コイル８を、それぞれが複数個の爪部を有するポールコア７によって、回転軸６を通して両側から挟み込んだ構成を有している。また、フロント側のポールコア７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冷却ファン１１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７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１２が溶接等によって取り付けられている。この冷却ファン１２が、整流装置５を経由して回転子２側に冷却風を吸入する冷却風発生装置に対応する。
【００２３】
また、回転軸６のリヤ側端部近傍には、界磁コイル８の両端に電気的に接続された２つのスリップリング６１、６２が形成されており、これらのスリップリング６１、６２を介してブラシ装置７０から界磁コイル８に対して給電が行われる。固定子３は、回転子２と対向配置され、固定子鉄心３２と固定子巻線３１とを備えている。
【００２４】
フレーム４は、回転子２および固定子３を収容しており、回転子２が回転軸６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２のポールコア７の外周側に所定の隙間を介して配置された固定子３が固定されている。また、フレーム４は、固定子３のコイルエンドに対向した部分に冷却風の吐出穴４２が、軸方向端面に吸入穴４１がそれぞれ設けられている。
【００２５】
整流装置５は、三相の固定子巻線３１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力を得るためのものである。この整流装置５は、フレーム４に固定されており、正極側整流素子が取り付けられてこの正極側整流素子に対する冷却と電気的接続を行う正極側放熱フィン５１と、負極側整流素子が取り付けられてこの負極側整流素子に対する冷却と電気的接続を行う負極側放熱フィン５３と、正極側整流素子と負極側整流素子とを結線する接続ターミナルが埋設された端子台と、正極側放熱フィン５１に設けられた出力端子５７とを備えている。整流装置５の詳細については後述する。
【００２６】
ブラシ装置７０は、整流装置５から回転子２の界磁コイル８に励磁電流を流すためのものであり、回転子２の回転軸６に形成されたスリップリング６１、６２のそれぞれに押圧するブラシ７１、７２を有する。リヤカバー８０は、リヤ側のフレーム４の外側に取り付けられるブラシ装置７０、整流装置５、ＩＣレギュレータ７４等の電気部品を覆って、これらを保護するためのものである。
【００２７】
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２が所定方向に回転する。この状態で回転子２の界磁コイル８に外部から励磁電圧を印加することにより、ポールコア７のそれぞれの爪部が励磁され、固定子巻線３１に三相交流電圧を発生させることができ、整流装置５の出力端子５７からは所定の直流電流が取り出される。
【００２８】
次に、整流装置５の詳細について詳細に説明する。図２は、整流装置５の平面図である。また、図３は整流装置５の裏面図である。これらの図に示すように、整流装置５は、軸方向に２段に重ねられた正極側放熱フィン５１および負極側放熱フィン５３と、正極側放熱フィン５１に取り付けられた複数の正極側整流素子５２と、負極側放熱フィン５３に取り付けられた複数の負極側整流素子５４と、端子台５５等からなる。
【００２９】
端子台５５は、正極側放熱フィン５１および負極側放熱フィン５３のそれぞれを支持するとともにこれらの間を電気的に絶縁する樹脂製絶縁部材（例えばＰＰＳ樹脂）からなり、固定子４で発生する交流電圧を正極側整流素子５２および負極側整流素子５４に導くための電気導体であるターミナル５６を一体樹脂成型により内蔵している。正極側整流素子５２と負極側整流素子５４は、それぞれのリード部５２ａ、５４ａが異極性の放熱フィンに向くように配置されている。例えば、正極側整流素子５２は、正極側放熱フィン５１の貫通した取付穴に打ち込み固定されており、負極側整流素子５４は、負極側放熱フィン５３の貫通した取付穴に打ち込み固定されている。正極側整流素子５２および負極側整流素子５４のそれぞれのリード部５２ａ、５４ａが端子台５５のターミナル５６に電気接続され、全波整流ブリッジ回路が形成されている。
【００３０】
本実施形態では、２組の三相全波整流ブリッジ回路を形成するよう、正極側放熱フィン５１には６個の正極側整流素子５２が、負極側放熱フィン５３には６個の負極側整流素子５４がそれぞれ配置されている。そして、正極側放熱フィン５１の端部に取り付けられた出力端子５７から直流出力が取り出される。
【００３１】
また、正極側放熱フィン５１には、主に正極側整流素子５２の周囲であって、正極側整流素子５２のリード部５２ａと反対側の面に、この面と垂直な向きに突出し、整流装置５を車両用交流発電機１に組み付けた際に回転軸６を中心とした放射状に延在する複数のサブフィン５１０が形成されている。この正極側放熱フィン５１はアルミニウムあるいはアルミニウム合金を用いたダイカスト成型によって形成されており、正極側放熱フィン５１を形成する際に上述した複数のサブフィン５１０が同時に形成される。
【００３２】
また、負極側放熱フィン５３には、主に隣接する負極側整流素子５４の間であって、負極側整流素子５４のリード部５４ａと反対の面に、この面と垂直な向きに突出し、整流装置５を車両用交流発電機１に組み付けた際に回転軸６を中心とした放射状に延在する複数のサブフィン５３０が形成されている。この負極側放熱フィン５３は、上述した正極側放熱フィン５１とは異なり、アルミニウムの板材を用いたプレス成型によって形成されており、負極側放熱フィン５３を形成する際に上述した複数のサブフィン５３０が同時に形成される。
【００３３】
図４は、図３のＩＶ−ＩＶ線拡大断面図である。図５は、負極側放熱フィン５３の斜視図であり、負極側整流素子５４が打ち込まれる前の状態が示されている。図６は、図５のＰ部を拡大した部分的な斜視図である。図７は、サブフィン５３０周辺各部の寸法を示す図である。これらの図に示すように、負極側放熱フィン５３に設けられたサブフィン５３０は、負極側放熱フィン５３の一方の面に形成された凸部５３２と、他方の面であって凸部５３２と対応する位置に形成された凹部５３４からなっている。これらの凸部５３２と凹部５３４は、所定の板厚ｔ（図７）の負極側放熱フィン５３に対してプレス成型を行うことにより同時に形成される。板厚ｔの負極側放熱フィン５３のプレス成型前の面に対して、一方の面に突出する凸部５３２が形成され、他方の面に凹部５３４が形成される。なお、凸部５３２と凹部５３４の形成は、所定の外形形状および負極側整流素子５４の取付穴の形成と同時に行うことが望ましいが、後工程において凸部５３２と凹部５３４を追加するようにしてもよい。
【００３４】
また、凹部５３４の深さＨ１（図７）と凸部５３２の高さＨ２（図７）はともに負極側放熱フィン５３の板厚ｔ未満であり、凹部５３４の幅Ｗ２（図７）は凸部５３２の幅Ｗ１（図７）よりもわずかに広く設定されている。このように凹部５３４の深さＨ１と凸部５３２の高さＨ２を設定することにより、凹部５３４に相当する材料を押し上げて凸部５３２を形成するだけで容易にサブフィン５３０を形成することができる。また、凹部５３４と凸部５３２の間に負極側放熱フィン５３の材料を残すことにより負極側放熱フィン５３の強度を確保することができる。また、このように凹部５３４の幅Ｗ２と凸部５３２の幅Ｗ１を設定することにより、板材を打ち抜くことなく変形させてサブフィン５３０を形成することが容易となる。
【００３５】
また、上述したサブフィン５３０すなわち凸部５３２と凹部５３４は、一方の径方向端部である内径側が負極側放熱フィン５３の内周端部まで延在しており、凹部５３４の内径側には負極側放熱フィン５３の内周側空間につながる開口が存在し、内径側を開放した形状となっている。これにより、サブフィン５３０内径側の端部において冷却風の流れを円滑にすることができ、冷却性能を上げることができる。
【００３６】
このように、本実施形態の車両用交流発電機１に備わった整流装置５では、凹部５３４と凸部５３２の位置を合わせることにより、板材のプレス成型によりサブフィン５３０を形成することが可能となる。これにより、丸穴や長丸穴を形成する場合に比べて負極側放熱フィン５３の放熱面積を拡大することができるとともに、熱容量の減少を防止することができるため、冷却性能の向上が可能となる。また、プレス成型によりサブフィン５３０を形成する場合には、隣接するサブフィン５３０間などにバリが発生しないため、その除去に時間や手間を要することもなく、コスト低減が可能となる。また、サブフィン５３０を回転軸６に対して放射状に形成することにより、回転軸６を中心としてサブフィン５３０に沿って効率よく冷却風を導入することが可能となり、冷却性能をさらに向上させることが可能となる。
【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において種々の変形実施が可能である。例えば、上述した実施形態では、負極側放熱フィン５３のサブフィン５３０を構成する凸部５３２や凹部５３４の他方の径方向端部である外径側の形状については特に説明しなかったが、負極側放熱フィン５３の表面と垂直な面で径方向端部を構成する場合の他、外径側にいくにしたがって凸部５３２の高さを徐々に低くするとともに、凹部５３４の深さを徐々に浅くするようにしてもよい。
【００３８】
図８は、凸部５３２と凹部５３４の外径側の形状を徐々に変化させた変形例を示す部分的な断面図である。図８に示すように、凸部５３２の外径側は、高さが直線状に徐々に低くなるテーパ形状を有している。同様に、凹部５３４の外径側は、深さが直線状に徐々に浅くなるテーパ形状を有している。
【００３９】
また、図８に示す矢印Ａは、回転子２のリヤ側に設けられた冷却ファン１２の回転によって生じる冷却風の流れを示している。冷却風は、一部がリヤカバー８０に設けられた軸方向吸入穴８２を通して、他の一部がリヤカバー８０に設けられた径方向吸入穴８４あるいはリヤカバー８０とフレーム４の間の隙間を通してリヤカバー８０内に取り込まれる。
【００４０】
軸方向吸入穴８２から取り込まれた冷却風は、正極側放熱フィン５１のサブフィン５１０の間を通って負極側放熱フィン５３の表面近傍に到達し、さらに凹部５３４を含むこの表面近傍に沿って内周側に進行した後に吸入穴４１からフレーム４内に吸い込まれる。凹部５３４の外径側がテーパ形状に形成されているため、このような冷却風の流れにおいて、凹部５３４の外径側端部において冷却風の流れを円滑にすることができ、この外径側端部において乱流が発生することを防止することができる。
【００４１】
一方、径方向吸入穴８４あるいはリヤカバー８０とフレーム４の間の隙間から取り込まれた冷却風は、負極側放熱フィン５３の裏面側に導入され、凸部５３２を含むこの裏面近傍に沿って内周側に進行した後に吸入穴４１からフレーム内に吸い込まれる。凸部５３２の外径側がテーパ形状に形成されているため、このような冷却風の流れにおいて、凸部５３２の外径側端部に衝突する冷却風の流れを円滑にすることができ、この外径側端部において乱流が発生することを防止することができる。
【００４２】
また、上述した実施形態では、図５に示すように、負極側放熱フィン５３の外周端部をフレーム４側に湾曲させたが、反フレーム側、すなわち、リヤカバー８０の軸方向吸入穴８２（図８）から取り込まれる冷却風の通風経路側に湾曲させるようにしてもよい。この場合には、軸方向吸入穴８２から取り込まれた冷却風を負極側放熱フィン５３の表面側に効率よく導入することができる。特に、負極側放熱フィン５３の外周端部とリヤカバー８０の内周面との間の隙間が広い場合に、この隙間に冷却風が流れにくくして負極側放熱フィン５３を優先的に冷却することが可能となる。
【００４３】
また、上述した実施形態では、凹部５３４を負極側放熱フィン５３の内周端部まで延在させることにより凹部５３４の内径側を開放した形状としたが、凹部５３４を負極側放熱フィン５３の内周端部まで延在させる代わりに凹部５３４の底部に貫通穴や切り欠きを形成し、これらの貫通穴や切り欠きを通して冷却風を流すようにしてもよい。
【００４４】
図９は、凹部の底部に貫通穴を設けたサブフィンの変形例を示す断面図である。図９に示すサブフィン５３０Ａは、凸部５３２Ａと凹部５３４Ａからなっている。この基本的な構造は、上述したサブフィン５３０と同じである。しかし、この変形例の凹部５３４Ａは、内径側が負極側放熱フィン５３の内周側空間に直接開放してはおらず、負極側放熱フィン５３の板厚部分が残っている。また、凹部５３４Ａの内径寄りの一部に貫通穴５３６が形成されており、その分だけ凸部５３２Ａの径方向長さが短くなっている。凹部５３４Ａの内部に進入した冷却風（矢印Ｂ）はこの貫通穴５３６を通して負極側放熱フィン５３の裏面側に流れる。これにより、凹部５３４の内部を通して冷却風を流すことが可能になり、負極側放熱フィン５３の放熱効果を高めることができる。
【００４５】
図１０は、凹部の底部に切り欠きを設けたサブフィンの変形例を示す断面図である。図１０に示すサブフィン５３０Ｂは、凸部５３２Ｂと凹部５３４Ｂからなっている。この基本的な構造は、上述したサブフィン５３０と同じである。しかし、この変形例の凹部５３４Ｂの底部には、内径側に切り欠き５３８が設けられており、その分だけ凸部５３２Ｂの径方向長さが短くなっている。凹部５３４Ｂの内部に進入した冷却風（矢印Ｃ）はこの切り欠き５３８を通して負極側放熱フィン５３の裏面側に流れる。これにより、凹部５３４Ｂの内部を通して冷却風を流すことが可能になり、負極側放熱フィン５３の放熱効果を高めることができる。
【００４６】
また、上述した実施形態では、負極側放熱フィン５３のみを板材をプレス成型して形成したが、正極側放熱フィン５１のみを板材をプレス成型して形成したり、負極側放熱フィン５３と正極側放熱フィン５１の両方を板材をプレス成型して形成するようにしてもよい。
【００４７】
図１１は、負極側放熱フィンと正極側放熱フィンの両方を板材をプレス成型した変形例を示す整流装置の正面図である。図１１に示す整流装置５Ａは、正極側放熱フィン５１Ａと負極側放熱フィン５３を含んで構成されている。この整流装置５Ａは、図２に示した整流装置５に対して、正極側放熱フィン５１を正極側放熱フィン５１Ａに置き換えた点が異なっている。正極側放熱フィン５１Ａは、負極側放熱フィン５３と同様に、アルミニウムの板材を用いたプレス成型によって形成されている。正極側放熱フィン５１Ａを形成する際に、整流装置５Ａを車両用交流発電機に組み付けた際に回転軸６を中心としたほぼ放射状に延在する複数のサブフィン５１０Ａが同時に形成される。なお、変形例では、正極側放熱フィン５１Ａのプレス成型と、複数のサブフィン５１０Ａのプレス成型とを別々に行うようにしてもよい。
【００４８】
複数のサブフィン５１０Ａは、正極側放熱フィン５１Ａの内周側と外周側のそれぞれに分離した状態で形成されている。それぞれのサブフィン５１０Ａは、図４等に示したサブフィン５３０と基本的に同じ構造を有しており、正極側放熱フィン５１Ａの一方の面（リヤカバー８０側）に形成された凸部と、他方の面であってこの凸部と対応する位置に形成された凹部からなっている。なお、サブフィン５１０Ａは、内周側のみ、あるいは、外周側のみに形成するようにしてもよい。
【００４９】
ところで、板材を用いたプレス成型によって正極側放熱フィン５１Ａと負極側放熱フィン５３のそれぞれにサブフィン５１０Ａ、５３０を形成した場合に、それらの位置と向きの組み合わせは４通りが考えられる。
【００５０】
図１２は、正極側放熱フィン５１Ａと負極側放熱フィン５３のそれぞれに形成したサブフィン５１０Ａ、５３０の組合せを示す図である。図１２（Ａ）に示す例では、それぞれのサブフィン５１０Ａ、５３０の凹部が対向しており、凸部が互いに反対側に配置されている。図１２（Ｂ）に示す例では、サブフィン５３０の凹部とサブフィン５１０Ａの凸部が対向しており、サブフィン５３０の凸部とサブフィン５１０Ａの凹部が互いに反対側に配置されている。図１２（Ｃ）に示す例では、サブフィン５３０の凸部とサブフィン５１０Ａの凹部が対向しており、サブフィン５３０の凹部とサブフィン５１０Ａの凸部が互いに反対側に配置されている。図１２（Ｄ）に示す例では、それぞれのサブフィン５１０Ａ、５３０の凸部が対向しており、凹部が互いに反対側に配置されている。なお、これらの例は、サブフィン５３０とサブフィン５１０Ａの周方向位置が一致している場合であり、周方向位置をずらすようにしてもよい。
【００５１】
また、上述した実施形態では、負極側放熱フィン５３については、内径側に凹部５３４の一方端側を開放したサブフィン５３０を設けたが、外径側に凹部の一方端側を開放したサブフィンを設けたり、これら２種類のサブフィンを両方とも設けるようにしてもよい。
【００５２】
図１３は、正極側放熱フィンの外周側に補助フィンを設けてサブフィンを形成した変形例を示す整流装置の正面図である。また、図１４は図１３のＸＩＶ−ＸＩＶ線に対応する断面図であり、図８に対応する車両用交流発電機の部分的な断面が示されている。図１５は、図１４のＱ部の部分拡大図である。図１６は、図１３のＸＶＩ−ＸＶＩ線拡大断面図である。
【００５３】
図１３〜図１６に示す整流装置５Ｂは、正極側放熱フィン５１Ｂと負極側放熱フィン５３を含んで構成されている。この整流装置５Ｂは、図２に示した整流装置５に対して、正極側放熱フィン５１を正極側放熱フィン５１Ｂに置き換えた点が異なっている。正極側放熱フィン５１Ｂは、負極側放熱フィン５３と同様にアルミニウムの板材を用いたプレス成型によって形成されており、正極側整流素子５２が取り付けられた主フィン５１Ｂ１と、主フィン５１Ｂ１の外周側に突出した３つの補助フィン５１Ｂ２とを有する。補助フィン５１Ｂ２には、回転軸６を中心とした放射状に延在する複数のサブフィン５１０Ｂが形成されている。複数のサブフィン５１０Ｂが設けられた補助フィン５１Ｂ２を主フィン５１Ｂ１の外周側に配置することにより、外周側から主フィン５１Ｂ１に流れ込む冷却風の流れ（図１５において矢印で示されている）を円滑にすることができ、内周側に配置された主フィン５１Ｂ１に取り付けられた正極側整流素子５２の周囲に効率よく冷却風を流すことができる。
【００５４】
また、図１５に示すように、主フィン５１Ｂ１と補助フィン５１Ｂ２との間には、勾配を有する段差５２０が形成されている。この段差５２０は、補助フィン５１Ｂ２の内径側端部に形成されており、図１５に示す例では、この内径側端部の段差５２０の勾配に一致するように、サブフィン５１０Ｂを構成する凹部の深さや凸部の高さが徐々に変化している。段差５２０を設けることにより、高所（上流側）から低所（下流側）に向けて冷却風の流れを促すことができ、補助フィン５１Ｂ２に到達した冷却風を効率よく主フィン５１Ｂ１側に導くことができる。また、段差５２０を設けることにより、主フィン５１Ｂ１と補助フィン５１Ｂ２からなる正極側放熱フィン５１Ｂの強度を増すことができ、主フィン５１Ｂ１に取り付けられた正極側整流素子５２に作用する応力を低減することができる。
【００５５】
さらに、図１３に示すように、主フィン５１Ｂ１には、正極側整流素子５２と補助フィン５１Ｂ２との間に貫通穴５２２が形成されている。これにより、補助フィン５１Ｂ２に設けられた複数のサブフィン５１０Ｂに沿って流れる冷却風を、主フィン５１Ｂ１に設けられた貫通穴５２２を通して裏側に流すことができ、サブフィン５１Ｂ２と貫通穴５２２の両方による放熱面積の拡大による冷却性能の向上が可能となる。また、この貫通穴５２２を正極側整流素子５２と補助フィン５１Ｂ２との間に設けることにより、正極側整流素子５２の近傍を効率よく冷却することができる。また、この貫通穴５２２は、回転軸６を中心としたその周方向位置が、隣接する２つのサブフィン５１０Ｂの間となるように配置されている。これにより、サブフィン５１０Ｂ間を通して流れる冷却風の向きを変えることなく貫通穴５２２に向けて流すことができ、貫通穴５２２を通して裏側に流れる冷却風の通風抵抗を減らすことができ、貫通穴５２２を通して流れる冷却風の風量を増すことができる。
【００５６】
ところで、上述した変形例では、正極側放熱フィン５１Ｂを主フィン５１Ｂ１と補助フィン５１Ｂ２によって構成したが、同様の構成を負極側放熱フィン５３について採用するようにしてもよい。また、主フィン５１Ｂ１と補助フィン５１Ｂ２の間の段差５２０や、主フィン５１Ｂ１に設けられた貫通穴５２２については適宜省略するようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
上述したように、本発明によれば、整流装置５の負極側放熱フィン５３において、凹部５３４と凸部５３２の位置を合わせることにより、板材のプレス成型によりサブフィン５３０を形成することが可能となる。これにより、丸穴や長丸穴を形成する場合に比べて放熱面積を拡大することができるとともに、熱容量の減少を防止することができるため、冷却性能の向上が可能となる。また、プレス成型によりサブフィン５３０を形成する場合には、隣接するサブフィン５３０間などにバリが発生しないため、その除去に時間や手間を要することもなく、コスト低減が可能となる。
【符号の説明】
【００５８】
１ 車両用交流発電機
２ 回転子
３ 固定子
４ フレーム
５ 整流装置
６ 回転軸
５１ 正極側放熱フィン
５３ 負極側放熱フィン
５５ 端子台
５６ ターミナル
５７ 出力端子
５１０、５３０ サブフィン
５２０ 段差
５２２ 貫通穴
５３２ 凸部
５３４ 凹部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転子と、前記回転子と対向配置された固定子と、前記回転子と前記固定子とを支持するフレームと、前記フレームに固定されて整流素子の冷却と電気的接続を行う放熱フィンを有する整流装置と、前記整流装置を経由して前記回転子側に冷却風を吸入する冷却風発生装置とを備える車両用交流発電機において、
前記放熱フィンは、一方の面に形成された凹部と他方の面であって前記凹部の反対側の同じ位置に形成された凸部とからなる複数のサブフィン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、
前記放熱フィンは、板材により構成されており、
前記凹部と前記凸部は、プレス成型により同時に形成され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、
前記複数のサブフィンは、前記回転子の回転軸に対して放射状に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３において、
前記回転軸を中心とした前記サブフィンの径方向端部において、前記凹部の深さおよび前記凸部の高さが徐々に変化してい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、
前記サブフィンの一方の径方向端部は、前記放熱フィンの内周端部および外周端部のいずれか一方まで延在しており、
前記サブフィンの他方の径方向端部において、前記凹部の深さおよび前記凸部の高さが徐々に変化してい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、
前記放熱フィンは、前記凹部の底面の一部に形成された貫通穴を有することを特徴とする車両用交流発電機。
【請求項７】
請求項１〜５のいずれかにおいて、
前記放熱フィンは、前記凹部の底面の一部に形成された切り欠きを有することを特徴とする車両用交流発電機。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかにおいて、
前記凹部の深さおよび前記凸部の高さは、前記放熱フィンの板厚未満であることを特徴とする車両用交流発電機。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれかにおいて、
前記凹部の幅は、前記凸部の幅よりも広いことを特徴とする車両用交流発電機。
【請求項１０】
請求項１〜５のいずれかにおいて、
前記放熱フィンは、前記整流素子が取り付けられた主フィンと、前記主フィンの外周側に突出した補助フィンとを有し、
前記補助フィンに前記複数のサブフィン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１１】
請求項１０において、
前記主フィンと前記補助フィンとの間に、勾配を有する段差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１２】
請求項１１において、
前記主フィンは、前記整流素子と前記補助フィンとの間に形成された貫通穴を有することを特徴とする車両用交流発電機。
【請求項１３】
請求項１２において、
前記回転子の回転軸を中心とした前記貫通穴の周方向位置が、隣接する２つの前記サブフィンの間となるように、前記貫通穴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１】
回転子と、前記回転子と対向配置された固定子と、前記回転子と前記固定子とを支持するフレームと、前記フレームに固定されて整流素子の冷却と電気的接続を行う放熱フィンを有する整流装置と、前記整流装置を経由して前記回転子側に冷却風を吸入する冷却風発生装置とを備える車両用交流発電機において、
前記放熱フィンは、一方の面に形成された凹部と他方の面であって前記凹部の反対側の同じ位置に形成された凸部とからなる複数のサブフィン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、
前記放熱フィンは、板材により構成されており、
前記凹部と前記凸部は、プレス成型により同時に形成され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、
前記複数のサブフィンは、前記回転子の回転軸に対して放射状に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３において、
前記回転軸を中心とした前記サブフィンの径方向端部において、前記凹部の深さおよび前記凸部の高さが徐々に変化してい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、
前記サブフィンの一方の径方向端部は、前記放熱フィンの内周端部および外周端部のいずれか一方まで延在しており、
前記サブフィンの他方の径方向端部において、前記凹部の深さおよび前記凸部の高さが徐々に変化してい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、
前記放熱フィンは、前記凹部の底面の一部に形成された貫通穴を有することを特徴とする車両用交流発電機。
【請求項７】
請求項１〜５のいずれかにおいて、
前記放熱フィンは、前記凹部の底面の一部に形成された切り欠きを有することを特徴とする車両用交流発電機。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかにおいて、
前記凹部の深さおよび前記凸部の高さは、前記放熱フィンの板厚未満であることを特徴とする車両用交流発電機。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれかにおいて、
前記凹部の幅は、前記凸部の幅よりも広いことを特徴とする車両用交流発電機。
【請求項１０】
請求項１〜５のいずれかにおいて、
前記放熱フィンは、前記整流素子が取り付けられた主フィンと、前記主フィンの外周側に突出した補助フィンとを有し、
前記補助フィンに前記複数のサブフィン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１１】
請求項１０において、
前記主フィンと前記補助フィンとの間に、勾配を有する段差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１２】
請求項１１において、
前記主フィンは、前記整流素子と前記補助フィンとの間に形成された貫通穴を有することを特徴とする車両用交流発電機。
【請求項１３】
請求項１２において、
前記回転子の回転軸を中心とした前記貫通穴の周方向位置が、隣接する２つの前記サブフィンの間となるように、前記貫通穴が配置されていることを特徴とする車両用交流発電機。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２０１３−３１３５３（Ｐ２０１３−３１３５３Ａ）
【公開日】平成２５年２月７日（２０１３．２．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−２０８７７（Ｐ２０１２−２０８７７）
【出願日】平成２４年２月２日（２０１２．２．２）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月７日（２０１３．２．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年２月２日（２０１２．２．２）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
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