JPH08336267A - 車両用交流発電機 - Google Patents
車両用交流発電機Info
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- JPH08336267A JPH08336267A JP7139520A JP13952095A JPH08336267A JP H08336267 A JPH08336267 A JP H08336267A JP 7139520 A JP7139520 A JP 7139520A JP 13952095 A JP13952095 A JP 13952095A JP H08336267 A JPH08336267 A JP H08336267A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 ステータコアからの放熱を促進して高出力化
を実現するとともに、全体の冷却効率の向上と小型化を
併せて実現する。 【構成】 ロータ1の外周に対向し、内周面の周方向へ
一定間隔で複数のティース211が突設されたステータ
コア21と、各ティース211に巻回されて、外周面が
ステータコア21の内周面に接触する複数のステータコ
イル22、22A、22B、22Cと、ステータコア2
1の熱が伝達するフレーム上に設けられ、ステータコイ
ル22A、22B、22Cに発生する交流電圧がバッテ
リ電圧より高くなった時のみ導通作動して当該ステータ
コイル22A、22B、22Cの電流でバッテリを充電
する、SiC材のMOS型トランジスタとを有する。
を実現するとともに、全体の冷却効率の向上と小型化を
併せて実現する。 【構成】 ロータ1の外周に対向し、内周面の周方向へ
一定間隔で複数のティース211が突設されたステータ
コア21と、各ティース211に巻回されて、外周面が
ステータコア21の内周面に接触する複数のステータコ
イル22、22A、22B、22Cと、ステータコア2
1の熱が伝達するフレーム上に設けられ、ステータコイ
ル22A、22B、22Cに発生する交流電圧がバッテ
リ電圧より高くなった時のみ導通作動して当該ステータ
コイル22A、22B、22Cの電流でバッテリを充電
する、SiC材のMOS型トランジスタとを有する。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、車両用交流発電機(オ
ルタネータ)に関し、冷却性能の向上による高出力化と
共に、小型化をも図ったものであり、その適用範囲は、
通常のエンジン駆動のオルタネータのみならず、車両制
動時の回生発電を行うオルタネータ、あるいは車両走行
モータの、回生発電を行うものにも及ぶものである。
ルタネータ)に関し、冷却性能の向上による高出力化と
共に、小型化をも図ったものであり、その適用範囲は、
通常のエンジン駆動のオルタネータのみならず、車両制
動時の回生発電を行うオルタネータ、あるいは車両走行
モータの、回生発電を行うものにも及ぶものである。
【0002】
【従来の技術】近年の車両の低燃費化の要請を背景に、
オルタネータの発電効率の向上が求められている。発電
効率の向上を図るための一手段として、ステータコイル
の放熱を促進して高出力化することが考えられる。従来
の、いわゆる全節巻きステータコイルの一例を図10に
示し、リング状のステータコア(図は上半部のみを示
す)21には内周面に周方向へ一定間隔で複数のティー
ス211が突設されており、ティース211間のスロッ
ト212(図11)に挿通されて三相のステータコイル
22A、22B、22Cが交互に折り返されて巻回され
ている。そのコイルエンドは互いに重なり、ステータコ
ア21から両側軸方向へ寸法L´で突出している。
オルタネータの発電効率の向上が求められている。発電
効率の向上を図るための一手段として、ステータコイル
の放熱を促進して高出力化することが考えられる。従来
の、いわゆる全節巻きステータコイルの一例を図10に
示し、リング状のステータコア(図は上半部のみを示
す)21には内周面に周方向へ一定間隔で複数のティー
ス211が突設されており、ティース211間のスロッ
ト212(図11)に挿通されて三相のステータコイル
22A、22B、22Cが交互に折り返されて巻回され
ている。そのコイルエンドは互いに重なり、ステータコ
ア21から両側軸方向へ寸法L´で突出している。
【0003】ところで、この構造では、ステータコイル
は最外層のもの(例えば図10の22B)の外周面と、
中間層(例えば図10の22A)のものの外周面の約半
分がステータコア21の内周に接しているだけであるか
ら、ステータコアへの外周面での接触面積は全ステータ
コイル外周面の約50%であり、十分な放熱が確保でき
なかった。
は最外層のもの(例えば図10の22B)の外周面と、
中間層(例えば図10の22A)のものの外周面の約半
分がステータコア21の内周に接しているだけであるか
ら、ステータコアへの外周面での接触面積は全ステータ
コイル外周面の約50%であり、十分な放熱が確保でき
なかった。
【0004】そこで、例えば特開平6−141497号
公報では、全てのステータコイルの外周面をステータコ
アの内周面に接触させてステータコイルの放熱の促進を
図った短節巻きステータコイルが提案されている。
公報では、全てのステータコイルの外周面をステータコ
アの内周面に接触させてステータコイルの放熱の促進を
図った短節巻きステータコイルが提案されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ステータコイルの外周
全面をステータコアに接触させた上記公報に記載の構造
で、確かにコイルの放熱は促進されるが、一方で、ステ
ータコアを設けたオルタネータフレームに多量の熱が伝
わる。このため、通常、オルタネータフレームに設けら
れる整流器(整流用スイッチング手段)の放熱を促進す
る必要が生じ、このために整流器の放熱フィンが大型化
する。これは、上記フレームに設ける冷却用吸気口を塞
いで、実質開口面積の十分な確保を往々にして困難と
し、オルタネータ全体では冷却性能が却って低下すると
ともに、オルタネータの体格も増大するという不具合が
ある。
全面をステータコアに接触させた上記公報に記載の構造
で、確かにコイルの放熱は促進されるが、一方で、ステ
ータコアを設けたオルタネータフレームに多量の熱が伝
わる。このため、通常、オルタネータフレームに設けら
れる整流器(整流用スイッチング手段)の放熱を促進す
る必要が生じ、このために整流器の放熱フィンが大型化
する。これは、上記フレームに設ける冷却用吸気口を塞
いで、実質開口面積の十分な確保を往々にして困難と
し、オルタネータ全体では冷却性能が却って低下すると
ともに、オルタネータの体格も増大するという不具合が
ある。
【0006】本発明はこのような課題を解決するもの
で、ステータコアからの放熱を促進して高出力化を実現
するとともに、全体の冷却効率の向上と小型化を併せて
実現した車両用交流発電機を提供することを目的とす
る。
で、ステータコアからの放熱を促進して高出力化を実現
するとともに、全体の冷却効率の向上と小型化を併せて
実現した車両用交流発電機を提供することを目的とす
る。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するため、請求項1に記載の発明においては、ロータの
外周に対向し、内周面の周方向へ一定間隔で複数のティ
ース(211)が突設されたステータコア(21)と、
前記ティースに巻回されて少なくとも外周面の一部が前
記ステータコア内周面に各々接触する多相のステータコ
イル(22、22A、22B、22C)と、前記ステー
タコアを少なくとも一部で嵌合するとともに前記ステー
タコイルにより暖められた冷却風を吐出する孔を備えた
熱良導体金属製のフレーム(4)と、該フレーム上に熱
的に密着して設けられ、前記ステータコイルに発生する
交流電圧を直流電圧に変換してバッテリを充電する、S
iC材のMOS型トランジスタ(31A、31B、31
C、31D、31E、31F)で構成された整流用スイ
ッチング手段(31)とを備えている。
するため、請求項1に記載の発明においては、ロータの
外周に対向し、内周面の周方向へ一定間隔で複数のティ
ース(211)が突設されたステータコア(21)と、
前記ティースに巻回されて少なくとも外周面の一部が前
記ステータコア内周面に各々接触する多相のステータコ
イル(22、22A、22B、22C)と、前記ステー
タコアを少なくとも一部で嵌合するとともに前記ステー
タコイルにより暖められた冷却風を吐出する孔を備えた
熱良導体金属製のフレーム(4)と、該フレーム上に熱
的に密着して設けられ、前記ステータコイルに発生する
交流電圧を直流電圧に変換してバッテリを充電する、S
iC材のMOS型トランジスタ(31A、31B、31
C、31D、31E、31F)で構成された整流用スイ
ッチング手段(31)とを備えている。
【0008】請求項2に記載の発明においては、ロータ
(1)の外周に対向し、内周面の周方向へ一定間隔で複
数のティース(211)が突設されたステータコア(2
1)と、前記ステータコア(21)の内周面に沿って隣
り合うティース(211)間に巻回されて、少なくとも
外周面の一部が前記ステータコア(21)の内周面に接
触する多相の外層ステータコイル(22A−O、22B
−O、22C−O)と、前記外層ステータコイル(22
A−O、22B−O、22C−O)の内方位置で、前記
外層ステータコイルとは周方向へ1ティース分ずれた位
置で隣り合うティース(211)間に巻回され、少なく
とも外周面の一部が前記外層ステータコイル(22A−
O、22B−O、22C−O)の内側面に接触する多相
の内層ステータコイル(22A−I、22B−I、22
C−I)と、前記ステータコア(21)の熱が伝達する
フレーム(4)上に設けられ、前記外層及び内層の各ス
テータコイル(22A−O、22B−O、22C−O、
22A−I、22B−I、22C−I)に発生する交流
電圧を直流電圧に変換してバッテリ(33)を充電す
る、SiC材のMOS型トランジスタ(31A、31
B、31C、31D、31E、31F)で構成された整
流用スイッチング手段(31)と、を備えている。
(1)の外周に対向し、内周面の周方向へ一定間隔で複
数のティース(211)が突設されたステータコア(2
1)と、前記ステータコア(21)の内周面に沿って隣
り合うティース(211)間に巻回されて、少なくとも
外周面の一部が前記ステータコア(21)の内周面に接
触する多相の外層ステータコイル(22A−O、22B
−O、22C−O)と、前記外層ステータコイル(22
A−O、22B−O、22C−O)の内方位置で、前記
外層ステータコイルとは周方向へ1ティース分ずれた位
置で隣り合うティース(211)間に巻回され、少なく
とも外周面の一部が前記外層ステータコイル(22A−
O、22B−O、22C−O)の内側面に接触する多相
の内層ステータコイル(22A−I、22B−I、22
C−I)と、前記ステータコア(21)の熱が伝達する
フレーム(4)上に設けられ、前記外層及び内層の各ス
テータコイル(22A−O、22B−O、22C−O、
22A−I、22B−I、22C−I)に発生する交流
電圧を直流電圧に変換してバッテリ(33)を充電す
る、SiC材のMOS型トランジスタ(31A、31
B、31C、31D、31E、31F)で構成された整
流用スイッチング手段(31)と、を備えている。
【0009】請求項3に記載の発明では、請求項1又は
2に記載の車両用交流発電機において、前記ステータコ
イル(22A、22B、22C)は三相で設けられ、前
記MOS型トランジスタは互いに直列に接続された三対
(31Aと31B、31Cと31D、31Eと31F)
を、前記バッテリ(33)の端子間に並列に接続して、
これら対となったMOS型トランジスタ(31Aと31
B、31Cと31D、31Eと31F)の接続点間に、
各相の前記ステータコイル(22A、22B、22C)
を接続する。
2に記載の車両用交流発電機において、前記ステータコ
イル(22A、22B、22C)は三相で設けられ、前
記MOS型トランジスタは互いに直列に接続された三対
(31Aと31B、31Cと31D、31Eと31F)
を、前記バッテリ(33)の端子間に並列に接続して、
これら対となったMOS型トランジスタ(31Aと31
B、31Cと31D、31Eと31F)の接続点間に、
各相の前記ステータコイル(22A、22B、22C)
を接続する。
【0010】請求項4に記載の発明では、請求項3に記
載の車両用交流発電機において、三相の前記ステータコ
イル(22A、22B、22C)は電気角が2π/3の
巻線ピッチで設けられている。なお、上記各手段のカッ
コ内の符号は、後述する実施例記載の具体的手段との対
応関係を示すものである。
載の車両用交流発電機において、三相の前記ステータコ
イル(22A、22B、22C)は電気角が2π/3の
巻線ピッチで設けられている。なお、上記各手段のカッ
コ内の符号は、後述する実施例記載の具体的手段との対
応関係を示すものである。
【0011】
【発明の作用効果】請求項1に記載の発明によれば、ス
テータコイルの発熱はこれが接触するステータコアに効
率的に放熱される。この熱はフレーム上の整流用スイッ
チング手段に伝達されるが、スイッチング手段を構成す
るSiC材のMOS型トランジスタはオン抵抗が従来の
Si材のMOS型トランジスタ及びダイオードに比して
十分小さいから、ステータコアからの伝熱があっても全
体の温度上昇は小さくなる。したがって、スイッチング
手段に設ける放熱フィン等の形状を小型化でき、オルタ
ネータ全体の体格をコンパクトにできる。
テータコイルの発熱はこれが接触するステータコアに効
率的に放熱される。この熱はフレーム上の整流用スイッ
チング手段に伝達されるが、スイッチング手段を構成す
るSiC材のMOS型トランジスタはオン抵抗が従来の
Si材のMOS型トランジスタ及びダイオードに比して
十分小さいから、ステータコアからの伝熱があっても全
体の温度上昇は小さくなる。したがって、スイッチング
手段に設ける放熱フィン等の形状を小型化でき、オルタ
ネータ全体の体格をコンパクトにできる。
【0012】また、フレーム上のスイッチング手段が小
型化されるのに伴い、フレームに設ける冷却風吸気口の
実質開口面積を十分に確保することができ、オルタネー
タ内の冷却効率が向上する。請求項2に記載の発明によ
れば、請求項1の作用効果に加えて、内外層のステータ
コイルから発生する反作用起磁力に含まれる高調波成分
が打ち消されて、発電時の磁気音が低減される。
型化されるのに伴い、フレームに設ける冷却風吸気口の
実質開口面積を十分に確保することができ、オルタネー
タ内の冷却効率が向上する。請求項2に記載の発明によ
れば、請求項1の作用効果に加えて、内外層のステータ
コイルから発生する反作用起磁力に含まれる高調波成分
が打ち消されて、発電時の磁気音が低減される。
【0013】請求項3に記載の発明によれば、三相交流
の交流発電機において、その冷却性能の向上による高出
力化と発電機体格のコンパクト化を実現することができ
る。請求項4に記載の発明によれば、三相交流発電機に
おいて、コイルエンドの重なりを無くすことができる2
π/3ピッチの巻線としているため、各相のステータコ
イルをそれぞれ単独で各ティースに巻回でき、コイル長
が短くなり、コイル抵抗が小さくなってその発熱が抑え
られる。
の交流発電機において、その冷却性能の向上による高出
力化と発電機体格のコンパクト化を実現することができ
る。請求項4に記載の発明によれば、三相交流発電機に
おいて、コイルエンドの重なりを無くすことができる2
π/3ピッチの巻線としているため、各相のステータコ
イルをそれぞれ単独で各ティースに巻回でき、コイル長
が短くなり、コイル抵抗が小さくなってその発熱が抑え
られる。
【0014】
【実施例】以下、本発明を図に示す実施例について説明
する。 (第1実施例) 〔ステータコイルの放熱を促進する構造〕図1にはオル
タネータの全体縦断面を示す。オルタネータのフレーム
4は、半容器状のドライブフレーム41とリアフレーム
42とを衝合して構成されている。フレーム4の中心に
はベアリング51、52により支持されてシャフト53
が設けてあり、シャフト53は前端(図の左端)に装着
されたプーリ54を介して入力するエンジン動力により
回転させられる。
する。 (第1実施例) 〔ステータコイルの放熱を促進する構造〕図1にはオル
タネータの全体縦断面を示す。オルタネータのフレーム
4は、半容器状のドライブフレーム41とリアフレーム
42とを衝合して構成されている。フレーム4の中心に
はベアリング51、52により支持されてシャフト53
が設けてあり、シャフト53は前端(図の左端)に装着
されたプーリ54を介して入力するエンジン動力により
回転させられる。
【0015】シャフト53にはランデル型ロータコアが
固定されており、このロータコアはフロントコア12と
リヤコア13を衝合したものである。ランダル型ロータ
コアにはロータコイル14が巻回されており、このロー
タコイル14の外周側(図の上側)を覆ってフロントお
よびリヤの各コア12、13から交互にランデル型爪状
磁極11が屈曲突出している。これら爪状磁極11に
は、ロータコイル14の励磁により交互に異なる極性の
磁界が現れる。
固定されており、このロータコアはフロントコア12と
リヤコア13を衝合したものである。ランダル型ロータ
コアにはロータコイル14が巻回されており、このロー
タコイル14の外周側(図の上側)を覆ってフロントお
よびリヤの各コア12、13から交互にランデル型爪状
磁極11が屈曲突出している。これら爪状磁極11に
は、ロータコイル14の励磁により交互に異なる極性の
磁界が現れる。
【0016】ロータ1の外周にはこれに近接して、ステ
ータコア22を内設したステータ2が配設されている。
ステータコア21はリング状で(図2にその一部を示
す)、内周面には周方向へ一定間隔で多数のティース2
11が突設され、これらティース211間のスロット2
12(図3)内を挿通して、三相の各スタータコイル2
2A、22B、22Cが交互にティース211に巻回さ
れている。
ータコア22を内設したステータ2が配設されている。
ステータコア21はリング状で(図2にその一部を示
す)、内周面には周方向へ一定間隔で多数のティース2
11が突設され、これらティース211間のスロット2
12(図3)内を挿通して、三相の各スタータコイル2
2A、22B、22Cが交互にティース211に巻回さ
れている。
【0017】各ステータコイル22A〜22Cは2磁極
ピッチP(図2)に対して電気角2π/3をなして、ス
ロット212内を延びる直線状の長辺を有する長円形に
各ティース211に巻回されて、隣接するものが径方向
に重ならないようになっている。そして、各ステータコ
イル22A〜22Cは外周面の全面がステータコア21
の内周面に接触している。スロット212内のコイル2
2A〜22Cの占積率は52%程度であり、ステータコ
ア21との接触面積は従来よりも25%程度増加してい
る。
ピッチP(図2)に対して電気角2π/3をなして、ス
ロット212内を延びる直線状の長辺を有する長円形に
各ティース211に巻回されて、隣接するものが径方向
に重ならないようになっている。そして、各ステータコ
イル22A〜22Cは外周面の全面がステータコア21
の内周面に接触している。スロット212内のコイル2
2A〜22Cの占積率は52%程度であり、ステータコ
ア21との接触面積は従来よりも25%程度増加してい
る。
【0018】なお、コイルエンドはステータコア21か
ら両側軸方向へ、従来の寸法L´(図11参照)より短
い寸法Lで突出している。図2中の矢印はロータ1の各
磁極コア11からの磁力線を示し、ロータ1が回転する
と各磁極コア11により形成される磁束が各相のステー
タコイル22A〜22Cを横切って、これらコイルに交
流の発電電圧を発生させる。ステータコイル22A〜2
2Cの発電が開始されると、発電電流が、後述する全波
整流器を介してバッテリへ供給され、この電流供給時に
ステータコイル22A〜22Cは発熱する。
ら両側軸方向へ、従来の寸法L´(図11参照)より短
い寸法Lで突出している。図2中の矢印はロータ1の各
磁極コア11からの磁力線を示し、ロータ1が回転する
と各磁極コア11により形成される磁束が各相のステー
タコイル22A〜22Cを横切って、これらコイルに交
流の発電電圧を発生させる。ステータコイル22A〜2
2Cの発電が開始されると、発電電流が、後述する全波
整流器を介してバッテリへ供給され、この電流供給時に
ステータコイル22A〜22Cは発熱する。
【0019】ここにおいて、各ステータコイル22A〜
22Cは外周の全面がステータコア21の内周面に接し
ているから、ステータコイル22A〜22Cの熱はステ
ータコア21へ効率的に放散されて、コイルの温度上昇
が防止される。図1において、ロータ1には前後の端面
外周に送風ファン15、16が設けられており、ロータ
1の回転に伴って、ドライブフレーム41の前面および
リアフレーム42の後面に複数設けた吸気口411、4
21から外気を吸入する(図の矢印)。吸入された外気
はロータコイル14、ステータコイル22および後述す
る整流用スイッチング手段を含んだ電圧調整器等を冷却
した後、各フレーム41、42の外周面にそれぞれ複数
設けた排気口412、422から排出される。
22Cは外周の全面がステータコア21の内周面に接し
ているから、ステータコイル22A〜22Cの熱はステ
ータコア21へ効率的に放散されて、コイルの温度上昇
が防止される。図1において、ロータ1には前後の端面
外周に送風ファン15、16が設けられており、ロータ
1の回転に伴って、ドライブフレーム41の前面および
リアフレーム42の後面に複数設けた吸気口411、4
21から外気を吸入する(図の矢印)。吸入された外気
はロータコイル14、ステータコイル22および後述す
る整流用スイッチング手段を含んだ電圧調整器等を冷却
した後、各フレーム41、42の外周面にそれぞれ複数
設けた排気口412、422から排出される。
【0020】リアフレーム42から突出するシャフト5
3の後端外周には、ロータコイル14へ給電するスリッ
プリング55が設けられて、これにブラシ56が接触し
ている。また、シャフト53の後端部を覆ってカバー体
57が設けられて、このカバー体57内に、詳細を後述
する整流用スイッチング手段を含む電圧調整器が収納さ
れている。 〔電圧調整器の発熱を抑える構造〕図4にバッテリ33
を充電するオルタネータの電気回路図を示す。電圧調整
器3内の電圧調整部32はバッテリ33の電圧を読み取
って、これが一定となるようにロータコイル14への通
電をON、OFF制御する。
3の後端外周には、ロータコイル14へ給電するスリッ
プリング55が設けられて、これにブラシ56が接触し
ている。また、シャフト53の後端部を覆ってカバー体
57が設けられて、このカバー体57内に、詳細を後述
する整流用スイッチング手段を含む電圧調整器が収納さ
れている。 〔電圧調整器の発熱を抑える構造〕図4にバッテリ33
を充電するオルタネータの電気回路図を示す。電圧調整
器3内の電圧調整部32はバッテリ33の電圧を読み取
って、これが一定となるようにロータコイル14への通
電をON、OFF制御する。
【0021】Δ結線された三相の各ステータコイル22
A、22B、22Cの出力端電圧VV 、VU 、VW は、
整流用スイッチング手段31を構成する三対のMOS型
トランジスタ31A〜31Fの各接続点に入力するとと
もに、電圧調整部52にも入力している。すなわち、各
トランジスタは、ハイサイドのもの31A、31C、3
1EのドレインDとローサイドのもの31B、31D、
31FのソースSが互いに接続され、ハイサイドのトラ
ンジスタ31A、31C、31EのソースSがバッテリ
33の高電位側に接続されるとともに、ローサイドのト
ランジスタ31B、31D、31FのドレインDがバッ
テリ33の低電位側に接続されている。各トランジスタ
31A〜31Fは、電圧調整部32からゲートGに入力
する信号によって導通が制御される。
A、22B、22Cの出力端電圧VV 、VU 、VW は、
整流用スイッチング手段31を構成する三対のMOS型
トランジスタ31A〜31Fの各接続点に入力するとと
もに、電圧調整部52にも入力している。すなわち、各
トランジスタは、ハイサイドのもの31A、31C、3
1EのドレインDとローサイドのもの31B、31D、
31FのソースSが互いに接続され、ハイサイドのトラ
ンジスタ31A、31C、31EのソースSがバッテリ
33の高電位側に接続されるとともに、ローサイドのト
ランジスタ31B、31D、31FのドレインDがバッ
テリ33の低電位側に接続されている。各トランジスタ
31A〜31Fは、電圧調整部32からゲートGに入力
する信号によって導通が制御される。
【0022】上記各MOS型トランジスタ31A〜31
Fの構造は同一であり、これを図5を参照して以下に説
明する。図において、SiC材のN+ 型基板311上に
N型耐圧層312がエピタキシャル成長により形成さ
れ、N型耐圧層312の表面部にP型ウエル領域313
がアルミニウムをイオン注入することにより形成されて
いる。
Fの構造は同一であり、これを図5を参照して以下に説
明する。図において、SiC材のN+ 型基板311上に
N型耐圧層312がエピタキシャル成長により形成さ
れ、N型耐圧層312の表面部にP型ウエル領域313
がアルミニウムをイオン注入することにより形成されて
いる。
【0023】さらにP型ウエル領域313の表面部にN
+ 型領域314が窒素をイオン注入することにより形成
され、ウエハ表面のトレンチ形成予定領域だけを開口し
てレジストや絶縁膜でマスクしつつ、周知のRIEドラ
イエッチングによりトレンチ315が凹設される。その
後、トレンチ315の表面に熱酸化法によりシリコン酸
化膜からなるゲート絶縁膜316を形成し、その後、ト
レンチ315にドープドポリシリコンからなる電極31
7を形成してゲートGとする。その後、金属電極518
をN+ 型領域314及びP型ウエル領域313の表面に
コンタクトしてドレインDとし、金属電極をN+ 型基板
311の表面にコンタクトしてソースSとする。
+ 型領域314が窒素をイオン注入することにより形成
され、ウエハ表面のトレンチ形成予定領域だけを開口し
てレジストや絶縁膜でマスクしつつ、周知のRIEドラ
イエッチングによりトレンチ315が凹設される。その
後、トレンチ315の表面に熱酸化法によりシリコン酸
化膜からなるゲート絶縁膜316を形成し、その後、ト
レンチ315にドープドポリシリコンからなる電極31
7を形成してゲートGとする。その後、金属電極518
をN+ 型領域314及びP型ウエル領域313の表面に
コンタクトしてドレインDとし、金属電極をN+ 型基板
311の表面にコンタクトしてソースSとする。
【0024】上記P型ウエル領域313(すなわちゲー
ト電極317直下の領域)とソースSあるいはドレイン
Dとの間に、それぞれソース接続側の寄生ダイオードD
s(図4参照)とドレイン接続側の寄生ダイオードDd
とが生じるが、寄生ダイオードDdは短絡されて、寄生
ダイオードDsがバッテリ33からの逆流を阻止する。
ト電極317直下の領域)とソースSあるいはドレイン
Dとの間に、それぞれソース接続側の寄生ダイオードD
s(図4参照)とドレイン接続側の寄生ダイオードDd
とが生じるが、寄生ダイオードDdは短絡されて、寄生
ダイオードDsがバッテリ33からの逆流を阻止する。
【0025】次に、図4の電圧調整部32による各MO
S型トランジスタ31A〜31Fの開閉制御について説
明する。電圧調整部32は、三相ステータコイル22A
〜22Cの出力端電圧Vu,Vv,Vwを読み込み、そ
の線間発電電圧Vu−Vv,Vv−Vw,Vw−Vuの
中から、正値でかつバッテリ33の端子電圧より大きい
線間発電電圧を選択する。
S型トランジスタ31A〜31Fの開閉制御について説
明する。電圧調整部32は、三相ステータコイル22A
〜22Cの出力端電圧Vu,Vv,Vwを読み込み、そ
の線間発電電圧Vu−Vv,Vv−Vw,Vw−Vuの
中から、正値でかつバッテリ33の端子電圧より大きい
線間発電電圧を選択する。
【0026】そして、この選択した線間発電電圧Vu−
Vv,Vv−Vw,Vw−Vuがバッテリ33に印加さ
れるように、ハイサイドのトランジスタ31A、31
C、31Eの一つと、ローサイドのトランジスタ31
B、31D、31Fの一つとを導通作動させる。これに
より、選択された三相ステータコイル22A〜22Cか
らバッテリ33へ充電電流が供給される。
Vv,Vv−Vw,Vw−Vuがバッテリ33に印加さ
れるように、ハイサイドのトランジスタ31A、31
C、31Eの一つと、ローサイドのトランジスタ31
B、31D、31Fの一つとを導通作動させる。これに
より、選択された三相ステータコイル22A〜22Cか
らバッテリ33へ充電電流が供給される。
【0027】ところで、本実施例では既述のように、M
OS型トランジスタの素材として単結晶SiCを使用し
ているため、N型耐圧層312の厚さ及び不純物濃度を
従来のSiに比較して大幅に向上することができる。す
なわち、Siの場合、その降伏電界強度は約30V/μ
mであり、簡単のために、耐圧300VをN型耐圧層3
12で負担すると考えると、耐圧層312の必要厚さは
約20μm、その不純物濃度は1×1015原子/c
m3 、抵抗率は約5Ω・cmとなる。
OS型トランジスタの素材として単結晶SiCを使用し
ているため、N型耐圧層312の厚さ及び不純物濃度を
従来のSiに比較して大幅に向上することができる。す
なわち、Siの場合、その降伏電界強度は約30V/μ
mであり、簡単のために、耐圧300VをN型耐圧層3
12で負担すると考えると、耐圧層312の必要厚さは
約20μm、その不純物濃度は1×1015原子/c
m3 、抵抗率は約5Ω・cmとなる。
【0028】これに対して、SiCの降伏電界強度は4
00V/μm程度であり、N型耐圧層312の必要厚さ
は約4μm、その不純物濃度は2×1016原子/c
m3 、抵抗率は約1.25Ω・cmとなる。したがっ
て、SiC材を使用したMOS型トランジスタ(SiC
−MOS)のN型耐圧層312の抵抗は、Si材のMO
S型トランジスタ(Si−MOS)のN型耐圧層の抵抗
に比べて1/20にまで低減できることになる。
00V/μm程度であり、N型耐圧層312の必要厚さ
は約4μm、その不純物濃度は2×1016原子/c
m3 、抵抗率は約1.25Ω・cmとなる。したがっ
て、SiC材を使用したMOS型トランジスタ(SiC
−MOS)のN型耐圧層312の抵抗は、Si材のMO
S型トランジスタ(Si−MOS)のN型耐圧層の抵抗
に比べて1/20にまで低減できることになる。
【0029】この結果、SiC−MOSにおけるソース
寄生抵抗Rs(図5参照)はSiのそれに比較して1/
20に低減され、これに応じてチャンネル抵抗も大幅に
減少する。図6にはSiC−MOSのID −VDS特性を
示し、図の二点鎖線で示すダイオードの順方向特性に比
して、75Aの出力電流ID でも電圧降下VDSは小さ
く、オン抵抗の小さいことが知られる。
寄生抵抗Rs(図5参照)はSiのそれに比較して1/
20に低減され、これに応じてチャンネル抵抗も大幅に
減少する。図6にはSiC−MOSのID −VDS特性を
示し、図の二点鎖線で示すダイオードの順方向特性に比
して、75Aの出力電流ID でも電圧降下VDSは小さ
く、オン抵抗の小さいことが知られる。
【0030】図7には、MOSトランジスタの要求耐圧
を変えた場合のオン抵抗率についての計算結果の一例を
示す。なお、このオン抵抗率はチャンネル抵抗とN型耐
圧層312(図5参照)の抵抗Rsとの和である。チャ
ンネル抵抗は各種ファクタにより変動するものの、図か
らわかるように高耐圧領域ではN型耐圧層312の抵抗
Rsが支配的となって、耐圧が増加してもチャンネル抵
抗自体はほとんど変化しない。
を変えた場合のオン抵抗率についての計算結果の一例を
示す。なお、このオン抵抗率はチャンネル抵抗とN型耐
圧層312(図5参照)の抵抗Rsとの和である。チャ
ンネル抵抗は各種ファクタにより変動するものの、図か
らわかるように高耐圧領域ではN型耐圧層312の抵抗
Rsが支配的となって、耐圧が増加してもチャンネル抵
抗自体はほとんど変化しない。
【0031】したがって、Si−MOSでは耐圧25V
近傍から耐圧増加とともにオン抵抗率が比例的に増加す
るのに対して、SiC−MOSでは耐圧250Vまでは
N型耐圧層312の抵抗増加はほとんど無視でき、耐圧
250Vを超えてはじめてオン抵抗率がゆっくりと増加
する。このようにして、SiC−MOSのオン抵抗は、
断線時に印加される高電圧に対して十分な耐圧を確保し
つつ、大電流(75A程度)通電時にも十分小さくでき
る(1/20程度)から、通電時の発熱量を大きく低減
することができる。
近傍から耐圧増加とともにオン抵抗率が比例的に増加す
るのに対して、SiC−MOSでは耐圧250Vまでは
N型耐圧層312の抵抗増加はほとんど無視でき、耐圧
250Vを超えてはじめてオン抵抗率がゆっくりと増加
する。このようにして、SiC−MOSのオン抵抗は、
断線時に印加される高電圧に対して十分な耐圧を確保し
つつ、大電流(75A程度)通電時にも十分小さくでき
る(1/20程度)から、通電時の発熱量を大きく低減
することができる。
【0032】したがって、既述のようにステータコイル
22A〜22Cからの発熱がステータコア21に伝熱さ
れ、さらにフレーム4上の電圧調整器に至っても、電圧
調整器内に設けたSiC−MOS31A〜31Fからな
る整流器の発熱はSi−MOSに比しても1/20程度
と十分小さいことにより、従来の整流器に比して温度上
昇は格段に小さくなる。
22A〜22Cからの発熱がステータコア21に伝熱さ
れ、さらにフレーム4上の電圧調整器に至っても、電圧
調整器内に設けたSiC−MOS31A〜31Fからな
る整流器の発熱はSi−MOSに比しても1/20程度
と十分小さいことにより、従来の整流器に比して温度上
昇は格段に小さくなる。
【0033】これにより、整流器の冷却フィンを小型に
して、従来、別体に配置されていた励磁電流制御部をも
一体化でき、電圧調整器としてコンパクトにすることが
できる。そして、電気部品のコンパクト化により、リア
フレーム42(図1参照)の吸気口421の実質開口面
積が大きくなるので、ステータコイル22等に対する大
量の冷却風の供給が可能となり、オルタネータ全体とし
て冷却性能を向上させることができる。
して、従来、別体に配置されていた励磁電流制御部をも
一体化でき、電圧調整器としてコンパクトにすることが
できる。そして、電気部品のコンパクト化により、リア
フレーム42(図1参照)の吸気口421の実質開口面
積が大きくなるので、ステータコイル22等に対する大
量の冷却風の供給が可能となり、オルタネータ全体とし
て冷却性能を向上させることができる。
【0034】特に本実施例では、コイルエンドの重なり
の無い2π/3ピッチ巻線にし、巻線収納が容易となる
ため、ステータコイル22A〜22Cのコイルエンドの
突出寸法L(図1)が従来よりも小さくでき、排気口4
12、422の開口面積を十分確保することができ、吸
気口411、421から吸入された大量の冷却風が効率
的に排気口412、422へ流通して、ステータコイル
22A〜22Cの放冷を促進する。
の無い2π/3ピッチ巻線にし、巻線収納が容易となる
ため、ステータコイル22A〜22Cのコイルエンドの
突出寸法L(図1)が従来よりも小さくでき、排気口4
12、422の開口面積を十分確保することができ、吸
気口411、421から吸入された大量の冷却風が効率
的に排気口412、422へ流通して、ステータコイル
22A〜22Cの放冷を促進する。
【0035】ここで、図8は従来のオルタネータ(図中
破線)と本実施例のオルタネータ(図中実線)の吸入風
量を比較したもので、本実施例のものでは90%〜10
0%も吸入風量を向上させることができる。すなわち、
電気部品のコンパクト化による実質吸気口面積の拡大と
コイルエンド寸法の短縮による排気口の拡大との相乗効
果により、発電機全体の冷却性を格段に向上できる。
破線)と本実施例のオルタネータ(図中実線)の吸入風
量を比較したもので、本実施例のものでは90%〜10
0%も吸入風量を向上させることができる。すなわち、
電気部品のコンパクト化による実質吸気口面積の拡大と
コイルエンド寸法の短縮による排気口の拡大との相乗効
果により、発電機全体の冷却性を格段に向上できる。
【0036】(第2実施例)ステータコイルは図9に示
すような構造でも良い。図において、ステータコイル
は、ステータコア21の内周面に接する外層の各コイル
22A−O、22B−O、22C−Oと、外層コイルの
内周面に接する内層の各コイル22A−I、22B−
I、22C−Iとで構成されている。内外層の各コイル
22A−I〜22C−Oは、2磁極ピッチPに対して電
気角2π/3をなして各ティース211に巻回されて、
隣接するものが重ならないようになっている。また、上
層ステータコイルと下層ステータコイルは周方向へ1テ
ィース分(π/3)ずれて位置している。
すような構造でも良い。図において、ステータコイル
は、ステータコア21の内周面に接する外層の各コイル
22A−O、22B−O、22C−Oと、外層コイルの
内周面に接する内層の各コイル22A−I、22B−
I、22C−Iとで構成されている。内外層の各コイル
22A−I〜22C−Oは、2磁極ピッチPに対して電
気角2π/3をなして各ティース211に巻回されて、
隣接するものが重ならないようになっている。また、上
層ステータコイルと下層ステータコイルは周方向へ1テ
ィース分(π/3)ずれて位置している。
【0037】このような構造において、外層のステータ
コイル22A−O〜22C−Oからはその外周面の全面
が接するステータコア21へ効率的に熱の放散がなされ
るとともに、内層のステータコイル22A−I〜22C
−Iからもその外周の全面が接する外層ステータコイル
22A−O〜22C−Oへ効率的に熱の放散がなされ
る。
コイル22A−O〜22C−Oからはその外周面の全面
が接するステータコア21へ効率的に熱の放散がなされ
るとともに、内層のステータコイル22A−I〜22C
−Iからもその外周の全面が接する外層ステータコイル
22A−O〜22C−Oへ効率的に熱の放散がなされ
る。
【0038】本実施例では、ステータコイル22A−I
〜22C−I、22A−O〜22C−Oから発生する反
作用起磁力に含まれる高調波成分が打ち消されて、発電
時の磁気音が低減される。
〜22C−I、22A−O〜22C−Oから発生する反
作用起磁力に含まれる高調波成分が打ち消されて、発電
時の磁気音が低減される。
【図1】本発明の一実施例に係る、交流発電機の半断面
側面図である。
側面図である。
【図2】本発明の一実施例に係る、ステータの部分拡大
正面図である。
正面図である。
【図3】本発明の一実施例に係る、ステータコア内周面
の部分拡大図であり、図2のA矢視図である。
の部分拡大図であり、図2のA矢視図である。
【図4】本発明の一実施例に係る、交流発電機の電気回
路図である。
路図である。
【図5】本発明の一実施例に係る、MOS型トランジス
タの断面図である。
タの断面図である。
【図6】本発明の一実施例に係る、MOS型トランジス
タのVDS−ID 曲線である。
タのVDS−ID 曲線である。
【図7】本発明の一実施例に係る、SiC−MOS型ト
ランジスタの耐圧−オン抵抗率曲線である。
ランジスタの耐圧−オン抵抗率曲線である。
【図8】本発明の一実施例に係る、吸入風量の変化を示
すグラフである。
すグラフである。
【図9】本発明の他の実施例に係る、ステータの部分拡
大正面図である。
大正面図である。
【図10】従来例に係る、ステータの半部正面図であ
る。
る。
【図11】従来例に係る、ステータコア内周面の部分拡
大図であり、図10のB矢視図である。
大図であり、図10のB矢視図である。
1…ロータ、11…磁極コア、14…ロータコイル、2
…ステータ、21…ステータコア、211…ティース、
22、22A、22B、22C、22A−I、22B−
I、22C−I、22A−O、22B−O、22C−O
…ステータコイル、33…バッテリ、31A、31B、
31C、31D、31D、31E、31F…MOS型ト
ランジスタ、4…フレーム。
…ステータ、21…ステータコア、211…ティース、
22、22A、22B、22C、22A−I、22B−
I、22C−I、22A−O、22B−O、22C−O
…ステータコイル、33…バッテリ、31A、31B、
31C、31D、31D、31E、31F…MOS型ト
ランジスタ、4…フレーム。
Claims (4)
- 【請求項1】 ロータの外周に対向し、内周面の周方向
へ一定間隔で複数のティースが突設されたステータコア
と、 前記ティースに巻回されて少なくとも外周面の一部が前
記ステータコア内周面に各々接触する多相のステータコ
イルと、 前記ステータコアを少なくとも一部で嵌合するとともに
前記ステータコイルにより暖められた冷却風を吐出する
孔を備えた熱良導体金属製のフレームと、 前記フレーム上に熱的に密着して設けられ、前記ステー
タコイルに発生する交流電圧を直流電圧に変換してバッ
テリを充電する、SiC材のMOS型トランジスタで構
成された整流用スイッチング手段とを備えたことを特徴
とする車両用交流発電機。 - 【請求項2】 ロータの外周に対向し、内周面の周方向
へ一定間隔で複数のティースが突設されたステータコア
と、 前記ステータコアの内周面に沿って隣り合うティース間
に巻回されて、外周面が前記ステータコアの内周面に接
触する多相の外層ステータコイルと、 前記外層ステータコイルの内方位置で、前記外層ステー
タコイルとは周方向へ1ティース分ずれた位置で隣り合
うティース間に巻回され、少なくとも外周面の一部が前
記外層ステータコイルの内側面に接触する多相の内層ス
テータコイルと、 前記ステータコアの熱が伝達するフレーム上に設けら
れ、前記外層及び内層の各ステータコイルに発生する交
流電圧を直流電圧に変換してバッテリを充電する、Si
C材のMOS型トランジスタで構成された整流用スイッ
チング手段とを備えたことを特徴とする車両用交流発電
機。 - 【請求項3】 前記ステータコイルは三相で設けられ、
前記MOS型トランジスタは互いに直列に接続された三
対を、前記バッテリの端子間に並列に接続して、これら
対となったMOS型トランジスタの接続点間に、各相の
前記ステータコイルを接続したことを特徴とする請求項
1又は2に記載の車両用交流発電機。 - 【請求項4】 三相の前記ステータコイルは電気角が2
π/3の巻線ピッチで設けられていることを特徴とする
請求項3に記載の車両用交流発電機。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7139520A JPH08336267A (ja) | 1995-06-06 | 1995-06-06 | 車両用交流発電機 |
| KR1019960020086A KR970004236A (ko) | 1995-06-06 | 1996-06-05 | 실리콘 카바이드 스위칭 트랜지스터를 갖는 차량용 교류발전기 |
| EP96109067A EP0748028A1 (en) | 1995-06-06 | 1996-06-05 | Alternator for vehicles with SiC switching transistors |
| CN96108504A CN1146655A (zh) | 1995-06-06 | 1996-06-06 | 采用SiC开关晶体管的车辆用交流发电机 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7139520A JPH08336267A (ja) | 1995-06-06 | 1995-06-06 | 車両用交流発電機 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08336267A true JPH08336267A (ja) | 1996-12-17 |
Family
ID=15247207
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7139520A Pending JPH08336267A (ja) | 1995-06-06 | 1995-06-06 | 車両用交流発電機 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0748028A1 (ja) |
| JP (1) | JPH08336267A (ja) |
| KR (1) | KR970004236A (ja) |
| CN (1) | CN1146655A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2018168734A (ja) * | 2017-03-29 | 2018-11-01 | アイチエレック株式会社 | 水中ポンプ |
| JP2018168733A (ja) * | 2017-03-29 | 2018-11-01 | アイチエレック株式会社 | 水中ポンプ |
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-
1995
- 1995-06-06 JP JP7139520A patent/JPH08336267A/ja active Pending
-
1996
- 1996-06-05 EP EP96109067A patent/EP0748028A1/en not_active Withdrawn
- 1996-06-05 KR KR1019960020086A patent/KR970004236A/ko not_active Ceased
- 1996-06-06 CN CN96108504A patent/CN1146655A/zh active Pending
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2018168734A (ja) * | 2017-03-29 | 2018-11-01 | アイチエレック株式会社 | 水中ポンプ |
| JP2018168733A (ja) * | 2017-03-29 | 2018-11-01 | アイチエレック株式会社 | 水中ポンプ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN1146655A (zh) | 1997-04-02 |
| EP0748028A1 (en) | 1996-12-11 |
| KR970004236A (ko) | 1997-01-29 |
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