JP5116848B2 - 車両用交流発電機の整流装置 - Google Patents

Description

この発明は、車両用交流発電機に内蔵され、車両用交流発電機の交流出力電圧を直流電圧に整流する車両用交流発電機の整流装置に関する。

従来の車両用交流発電機は、特許文献１に示されるように、界磁電流がブラシおよびスリップリングを介して励磁コイルに供給され、同時にエンジンの回転トルクがプーリおよびベルトを介して回転軸に伝達され、回転子が回転駆動される。それによって、固定子が交流電圧を発生する。そして、整流装置が、リアブラケットに取り付けられており、固定子コイルの出力端子に接続されて、固定子で発生した交流出力電圧を直流電圧に変換する。
そして、整流装置を構成するダイオードは、ＩＣチップが銅ベース上に半田接合され、銅製の中継リードがＩＣチップに半田接合され、さらに銅製の接続リードが中継リードに半田接合され、封止樹脂体によりモールドされている。

特許第３８３９５７６号公報

このような整流装置においては、車両に取り付けられた際に生じる振動によりＩＣチップに発生する応力が緩和されるように、接続リードには屈曲部や曲げ部が設けられているが、かかる屈曲部や曲げ部は応力集中の原因になり、更にＩＣチップや中継リードとの接合部に近いので、振動による接合部の変位により、大きな応力が発生するため、屈曲部や曲げ部で破断するという問題がある。

この発明は、上記のような問題を解決するためになされたもので、ダイオードの耐振性を向上させることができる車両用交流発電機の整流装置を得ることを目的とする。

この発明は、ヒートシンクと、このヒートシンクに直交するように配置された接続端子を有し、上記ヒートシンクに平行に配置されたサーキットボードと、片面が上記ヒートシンクと接合された金属ベース、この金属ベースの他方の面に接合されたＩＣチップ、このＩＣチップをモールドした封止樹脂体、及び一端を上記ＩＣチップに電気的に接続され、他端を上記サーキットボードの接続端子に接合された接続リードとを有するダイオードとを備え、車両用交流発電機に内蔵され、その交流出力電圧を直流電圧に整流する車両用交流発電機の整流装置において、上記ダイオードの接続リードは、上記金属ベースから平行に延出され上記封止樹脂体から露出した直線部と、この直線部から円弧状に曲げられた曲げ部を介して前記直線部に対し直角に延び上記サーキットボードの接続端子に接合される先端部とを有し、上記曲げ部の曲げ半径Ｒは、上記直線部の終端と上記接続リードの先端部との水平方向における離間距離ｗより大きい値に設定されている。

本発明によれば、ダイオードの接続リードにおける曲げ部の曲げ半径Ｒをより大きくできるため、整流装置が小型化されてもダイオードの接続リードにおける曲げ部に発生する応力集中を緩和して曲げ部の破断を抑制でき、信頼性の高い車両用交流発電機の整流装置を得ることができる。

この発明の実施の形態１に係る整流装置を内蔵した車両用交流発電機を示す断面図である。 実施の形態１に係る整流装置を示す斜視図である。 実施の形態１に係る整流装置に適用されるダイオードの概略側面図である。 実施の形態１におけるダイオードのリード形状について説明する概略説明図である。 従来の整流装置に適用されるダイオードの概略側面図である。 従来の整流装置に適用されるダイオードの他の例を示す概略側面図である。 実施の形態１に係る整流装置に適用されるダイオードの他の例を示す概略側面図である。

符号の説明

１００：車両用交流発電機
１８：整流装置
３０：ヒートシンク
３２：サーキットボード
３３：ダイオード
３３ａ：ＩＣチップ
３３ｂ：金属ベース
３３ｃ：中継リード
３３ｄ：接続リード
３３ｅ：封止樹脂体
３３ｆ：直線部
３３ｇ：曲げ部
３３ｈ：接合部
３３ｉ：傾斜部
３４：ダイオード
３７：接続端子

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係る整流装置を内蔵した車両用交流発電機を示す断面図、図２は、図１における整流装置を示す斜視図である。
図１において、固定子１は、固定子コア２と、この固定子コア２に巻回された固定子コイル３とから構成されている。回転子４は、互いに対向する一対のポールコア５、６と、コア５、６間に介装された励磁コイル７と、回転軸８と、この回転軸８に固着されたスリップリング９とから構成されている。そして、リアブラケット１３が締着ボルト１４によりフロントブラケット１２に固着されて、固定子１がフロントブラケット１２とリアブラケット１３との間に支持されている。回転軸８は、ベアリング１５、１６を介してフロントブラケット１２とリアブラケット１３とに支持されている。プーリ１７が回転軸８の一端に固着されている。
整流装置１８は、リアブラケット１３に取り付けられており、固定子コイル３の出力端子に接続されて、固定子１で発生した交流電圧を直流電圧に変換する。電圧調整器１９は、ブラシホルダ２０とともにリアブラケット１３に取り付けられている。ブラシホルダ２０はブラシ２１がスリップリング９に当接するようにブラシ２１を支持している。

このような車両用交流発電機１００において、界磁電流がブラシ２１およびスリップリング９を介して励磁コイル７に供給され、同時にエンジンの回転トルクがプーリ１７およびベルト（図示せず）を介して回転軸８に伝達され、回転子４が回転駆動される。それによって、固定子１が交流電圧を発生する。そして、この交流電圧が整流装置１８によって直流電圧に変換される。

ここで、整流装置１８の構成について図２を参照しつつ説明する。
整流装置１８は、複数の＋側ダイオード３３が実装された＋側ヒートシンク３０、複数の−側ダイオード３４が実装された−側ヒートシンク３１およびサーキットボードアッセンブリ３２から構成されている。
＋側ヒートシンク３０は、アルミニウム製で、欠円環部３０ａおよびこの欠円環部３０ａの裏面に複数立設された放熱フィン３０ｂを有する。また、位置決め用のガイド部３０ｃがこの欠円環部３０ａの両端および中央の３ケ所から径方向外方に延設され、＋側ダイオード実装部３０ｄが欠円環部３０ａの主面に周方向に複数凹設されている。そして、＋側ダイオード３３が各＋側ダイオード実装部３０ｄに接合されて欠円環部３０ａの主面に周方向に複数実装されている。
−側ヒートシンク３１は、アルミニウム製で、欠円環部３１ａ、この欠円環部３１ａの両端および中央の３ケ所に設けられたガイド部３１ｂおよびこの欠円環部３１ａの主面に周方向に複数凹設された−側ダイオード実装部３１ｃを有している。そして、−側ダイオード３４が各−側ダイオード実装部３１ｃに接合されて欠円環部３１ａの主面に周方向に複数実装されている。
サーキットボード３２は、鉄製のサーキットボードがポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂によりモールドされて欠円環形状に成形された樹脂体３６と、この樹脂体３６の両端および中央の３ケ所に設けられたガイド部３６ａとから構成されている。そして、サーキットボードの接続端子３７が周方向の複数の位置で樹脂体３６から下方に突出されている。

図３は、実施の形態１に係る整流装置に適用されるダイオードの概略側面図である。
図３において、＋側ダイオード３３は、ＩＣチップ３３ａが銅製の金属ベース３３ｂ上に半田接合され、銅製の中継リード３３ｃがＩＣチップ３３ａに半田接合され、さらに銅製の接続リード３３ｄが中継リード３３ｃに半田接合され、封止樹脂体３３ｅによりモールドされて構成されている。
そして、接続リード３３ｄは、封止樹脂体３３ｅから上記金属ベース３３ｂに平行に延出された直線部３３ｆから略円弧状に９０°以上に曲げられた曲げ部３３ｇを形成しながらほぼ直角に曲げられた形状を有し、その先端部にはサーキットボードの接続端子３７に接合される接合部３３ｈが形成されている。
ここで、接続リード３３ｄの曲げ部３３ｇの曲げ半径Ｒは、直線部３３ｆの終端と接続リード３３ｄの先端部の水平方向における離間距離ｗより大きい値に設定されている。
なお、−側ダイオード３４も＋側ダイオード３３と同様に構成されている。

これにより、整流装置１８の小型化に伴い、接続リード３３ｄの接合部（サーキットボード３２の接続端子３７との接合部分）と直線部３３ｆの露出根元の距離ｌが短い場合でも、曲げ部３３ｇの曲げ半径Ｒをより大きくできるため、曲げ部３３ｇに発生する応力集中を緩和でき、曲げ部３３ｇの破断を抑制できる。
また、曲げ部３３ｇがバネ構造になるために、振動を吸収でき、ＩＣチップ３３ａに発生する応力を低減できる。

なお、上記実施の形態１において、曲げ半径Ｒが大きければ、大きいほど曲げ部３３ｇに発生する応力は緩和されるが、このような曲げ部３３ｇを設けた方が応力が緩和されるのは、上記接続リード３３ｄの根元部から、直角に折り曲げられた部位の中立線までの距離をｌ[mm]、直線部３３ｆの中立線から、接続リード先端部の接合部３３ｈまでの距離をｈ[mm]（図４参照）とすると、ｈ>２ｌのときである。逆に、ｈ≦２ｌの場合では、曲げ部３３ｇを設けない方が良い。

例えば、ｈ＝１０[mm],ｌ＝４[mm]の場合における、従来のダイオードの例を図５、図６に示す。図５のように曲げ半径Ｒ’≦ｌの曲げ部４０を設けただけの場合には、車両に取り付けた際の振動を吸収するダンパーの役割を曲げ部４０が担うことになるが、曲げ半径Ｒ’が小さいために、ダンパー効果が小さく、ＩＣチップ３３ａに発生する応力を低減できない。また曲げ半径Ｒ’が小さいために、そこに発生する応力集中が大きく、曲げ部で破断してしまう。
次に、図６に示すように、屈曲部４１を直線部に設けた場合には、その屈曲部４１がダンパーとなるため、ＩＣチップ３３ａに発生する応力を低減することができるが、距離ｈ[mm]の間に曲げ部４０と屈曲部４１の両方を設けるので、屈曲部の曲げ半径Ｒが小さくならざるを得ず、屈曲部に応力が集中してしまう。また接合部３３ｈの変位によって屈曲部４１に発生する応力は、接合部３３ｈとの距離に反比例するが、図から解るように接合部３３ｈと屈曲部４１の距離が小さいため、接合部３３ｈの変位によって屈曲部４１には大きな応力が発生してしまう。上記の二つの理由で振動により曲げ部４０あるいは屈曲部４１で破断してしまう。

これに対して、図３に示す実施の形態１のような曲げ部３３ｇを設けた場合では、曲げ部３３ｇがバネ構造になるため、ＩＣチップ３３ａに発生する応力を低減できる。また、曲げ部の曲げ半径Ｒが大きいため、曲げ部に発生する応力集中を緩和できる。また図６に対して、接合部３３ｈと曲げ部３３ｇの距離が大きいため、接合部の変位によって発生する応力を小さくできる。これらのことより、接続リード３３ｄを破断させることなく、ＩＣチップ３３ａに発生する応力を低減できる。
応力解析を実施した結果では、従来の曲げ部４０の場合の、接続リード３３ｄに発生する最大応力を１、ＩＣチップ３３ａに発生する応力を１とすると、図６のように直線部３３Ｆに屈曲部４１を設けた場合では、接続リード３３ｄに発生する最大応力は１．５、ＩＣチップ３３ａに発生する応力は０．６であるのに対し、図３に示すような曲げ部３３ｇを設けた場合には、接続リード３３ｄに発生する最大応力は０．７、ＩＣチップ３３ａに発生する応力は０．５となり、本発明の効果を確認できた。

なお、図３に示す接続リード３３ｄの形状に限らず、例えば図７のように曲げ部３３ｇから傾斜部３３ｉを経て直角に折り曲げられた形状でも同様の効果を有する。

Claims (3)

1. ヒートシンクと、
   このヒートシンクに直交するように配置された接続端子を有し、上記ヒートシンクに平行に配置されたサーキットボードと、
   片面が上記ヒートシンクと接合された金属ベース、この金属ベースの他方の面に接合されたＩＣチップ、このＩＣチップをモールドした封止樹脂体、及び一端を上記ＩＣチップに電気的に接続され、他端を上記サーキットボードの接続端子に接合された接続リードとを有するダイオードとを備え、
   車両用交流発電機に内蔵され、その交流出力電圧を直流電圧に整流する車両用交流発電機の整流装置において、
   上記ダイオードの接続リードは、上記金属ベースから平行に延出され上記封止樹脂体から露出した直線部と、この直線部から円弧状に曲げられた曲げ部を介して前記直線部に対し直角に延び上記サーキットボードの接続端子に接合される先端部とを有し、
   上記曲げ部の曲げ半径Ｒは、上記直線部の終端と上記接続リードの先端部との水平方向における離間距離ｗより大きい値に設定される
   ことを特徴とする車両用交流発電機の整流装置。
2. 上記接続リードは、上記直線部の露出根元から、直角に折り曲げられた部位の中立線までの距離をｌ[mm]、上記直線部の中立線から、上記接続端子と上記接続リードの接合点までの距離をｈ[mm]とした場合、ｈ>２ｌの関係を有することを特徴とする請求項１記載の車両用交流発電機の整流装置。
3. 上記接続リードは、上記曲げ部から傾斜部を経て直角に折り曲げられた形状を有することを特徴とする請求項１または２記載の車両用交流発電機の整流装置。

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