专利名称：车辆交流发电机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种其上配备有调节器的车辆交流发电机，其中，该调节器上散热器与散热片之间的粘合状况得以改善，且该交流发电机被安装到诸如乘用车或卡车等车辆上。
背景技术：
近来，由于车辆上发动机安装空间的减小，车辆交流发电机的安装空间也变得越来越受限，其中，发动机安装空间的减小是由于存在如下的趋势车辆的前部采用了倾斜车头(slant-nosed)的设计形式，以降低车辆的行驶阻力—例如空气阻力，并满足有关扩大车辆车厢空间的需求。
另外，为了减小车辆的燃料消耗，在怠速工况下，车辆交流发电机的转速被降低了，且发电机的转速也被降低了。但是，与此相反，由于存在很多电气负载，强烈地希望进一步提高车辆交流发电机的发电性能，其中的负载例如是用在安全控制中的各种控制装置。因而，对小型化且高输出功率的车辆交流发电机的需求在不断地升高，例如，车辆交流发电机定子的尺寸达到152mm或更小，且其输出功率不小于2.4kW。
为了满足这一需求，必须要降低定子绕组的电阻、减小定子与车辆发电机转子之间的气隙、并增大励磁电流的幅值。但是，这样的话，车辆交流发电机各个组成部件的温度就会升高，这些部件的热能将使它们的性能恶化。现有技术中采用了各种对策来应对热能的增加，以降低普通车辆交流发电机中部件的温度—也就是说，增强发电机的冷却能力。例如，第H7-274440号日本专利公开文献已披露了用于增强车辆交流发电机中调节器的冷却能力的结构。安装在调节器上的散热片的这种改进设计使冷却空气具有足够的流速和充分的流量(特别是，可参见JP H7-274440号文件的第2页以及图1到图5)。
一般情况下，为调节器设置的散热器是用导热性好或导电性好的铜或铜合金制成的，考虑到易于加工和降低制造成本的问题，散热片是用铝制成的。更进一步而言，使用高热阻的硅粘合剂作为粘接剂，用于将散热器与散热片粘接起来。但是，由于散热器与散热片的材质不同，且它们的材料具有互不相同的热膨胀系数，所以，由于存在采用高功率输出的趋势，热应力将进一步增大，尤其是，它们之间粘合表面的热应力将进一步增大，其中，在高功率输出的情况下，反复进行两类操作，其中一个操作状态是车辆交流发电机由车辆发动机驱动而执行发电操作，另一个状态是发电机暂停执行发电操作。这就为散热片与散热器之间长时间保持粘合状态的要求带来了困难，从而降低了车辆发电机的可靠性。由于发电机调节器的散热性能变差，散热器与散热片二者之间粘合状况的恶化会导致车辆发电机失去发电能力。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种高可靠性的、且被安装在车辆上的车辆交流发电机，其上配备有调节器，该调节器的散热器与散热片部件之间的粘合状况得以改善。
根据本发明的一个方面，本申请提供了一种用于产生电能的车辆交流发电机。该车辆交流发电机具有定子、转子、整流器、调节器盒、以及散热片部件。定子绕组被缠绕在定子上。转子被布置成面对着定子。整流器对定子绕组中受激产生的交流(AC)输出电压进行整流。调节器盒中容纳着调节器基板和散热器。调节器基板上包括能对输出电压进行调整的电路。调节器基板被安装到散热器的一个表面上。散热片部件具有多个散热片，它们被粘接到散热器的另外的表面上。特别是，散热片部件和散热器是用具有相同热膨胀系数的材料制成的。
利用粘接材料将散热片部件粘接到散热器上，通过利用一种或多种具有相同热膨胀系数的材料来制造调节器的散热片部件和散热器，可减小作用在粘接材料上的热应力。这一特征使得散热器与散热片部件之间可长时间地保持良好的粘接状态，从而提高了根据本发明的车辆交流发电机的可靠性。
根据本发明的另一方面，本申请提供了一种车辆交流发电机，在该发电机中，散热片部件和散热器都是由铜或铜合金制成的。通过用热膨胀系数优异的铜或铜合金来制造调节器的散热器和散热片部件，则既能降低热应力，又能提高冷却性能，从而增强了车辆交流发电机的可靠性。例如，如果与散热片部件和散热器都是用铝制成的车辆交流发电机相比，根据本发明的车辆交流发电机极大地提高了冷却性能。
更进一步地，根据本发明的另一方面，本申请提供了一种车辆交流发电机，在该发电机中，定子的外径不大于152mm，且车辆交流发电机的额定输出功率不小于2.4kW。即使该车辆发电机是大尺寸的发电机、且具有很大的额定输出功率，也能确定地保持调节器散热器与散热片部件之间的粘合状态，从而可以使车辆交流发电机具有很高的可靠性和大的功率输出。
更进一步地，根据本发明的又一方面，本申请提供了一种车辆交流发电机，在该发电机中，定子的外径不大于152mm，且车辆交流发电机的额定输出功率不小于2.4kW。即使该车辆发电机是大尺寸的发电机、且具有很大的额定输出功率，也能确定地保持调节器散热器与散热片部件之间的连接状态，从而可以使车辆交流发电机具有很高的可靠性和大的功率输出。
下文将参照附图对本发明一种优选的、非限定性的实施方式作举例说明，在附图中图1中的示意图表示了根据本发明一种实施方式的车辆交流发电机的总体结构；图2是图1所示实施方式的车辆交流发电机的后视图；图3是一种调节器的剖面细节图，该调节器被组合到图1所示的车辆交流发电机中；图4是组合到车辆交流发电机中的、图3所示调节器的侧视图；图5是组合到车辆交流发电机中的、图3所示调节器的正视图；图6表示了本发明与现有技术在热循环测试中的结果对比；以及图7表示了车辆交流发电机调节器上散热器温升的对比结果，此对比是在本发明与现有技术之间进行的。
具体实施例方式
下文将参照附图对本发明的几种实施方式进行描述。在下文对各个实施方式的描述中，相同的字母或数字指代所有附图中相同或等效的部件。
实施例下文将参照图1到图7描述根据本发明实施方式的车辆交流发电机的。
图1中的示意图表示了根据本发明实施方式的车辆交流发电机的总体结构。图2是图1所示车辆交流发电机的后视图。
如图1和图2所示，车辆交流发电机1具有定子2、转子3、前壳体41、后壳体42、整流器装置5、电刷装置6、调节器盒7、连接器盒8、以及后罩壳9。
定子2起到了电枢的作用，其上具有定子绕组21。整流器装置7对从定子绕组21输出的三相交流电进行整流，并输出整流后的直流电。转子3用作场磁体，其是由两个部分构成的，这两个部分被布置成相互面对着。前壳体41和后壳体42支持着定子2和转子3。整流器装置5对定子绕组21中感应产生的交流电压进行整流。电刷装置6具有电刷61，励磁电流经该电刷输送给转子3中的励磁绕组31。调节器盒7对车辆交流发电机1输出电压的幅值进行控制。连接器盒8具有连接器，电信号经过这些连接器而在车辆交流发电机1与安装于车辆上的外部控制装置(图中略去)之间进行传送。调节器是由调节器盒7、连接器盒8、以及调节器基板等部件构成的(下文将对调节器基板作详细描述)。例如，本发明的实施方式应用于大尺寸的车辆交流发电机1，在该发电机中，定子2的外径等于或小于152mm，且发电机的额定输出不小于2.4kW。
下面将参照图3、图4、以及图5对由调节器盒7和连接器盒8组成的调节器的详细结构进行描述。
图3中的剖面图表示了被集成在图1所示车辆交流发电机1中的调节器的详细结构。图4是用在车辆交流发电机1中的、图3所示的调节器的侧视图。图5是图3所示的、用在车辆交流发电机1中的调节器的正视图。
如图2到图5所示，调节器盒7是由如下的部件组成的开关元件，它们用于对励磁电流进行控制；单块集成电路芯片70，其作为调节器的基板，其上具有各种电路；多个外部接线端子71；以及调节器散热器72。
在单块集成电路芯片70上，集成地制造有开关元件和用于对开关元件执行通/断操作的控制电路。每个外部接线端子71的一端都与单块集成电路芯片70相连接，且各个外部接线端子71的另一端却露在调节器盒7的外面。单块集成电路芯片70被安装到调节器散热器72的一个表面上。
利用集成模制成型工艺将调节器盒7制成薄膜形的盒体。调节器散热器72的另一表面(其位于安装着单块集成电路芯片70的表面的相反侧)与调节器散热片部件73通过硅粘合剂74相互连接起来，其中，散热片部件73上具有多个散热片。
调节器散热片部件73的一个表面一即面对着调节器散热器72的表面是平面，而另一表面则是不平整的，在该表面上形成了多个突起部件—例如多个散热片。利用多个突起部件(或多个散热片)促进了调节器的热辐射。调节器盒7被牢固地固定到作为连接器盒8一个部分的调节器支持部件86上。也就是说，调节器盒7突伸向连接器盒8的内部。调节器散热片部件73上制有多个突起部件(或多个散热片)的不平整表面沿着车辆交流发电机1转子3的转动轴线向发电机1的径向内侧延伸。
外部接线端子71通过焊接方法与从连接器盒8中突伸出的接线端子87进行电路连接。
本发明一个重要的特征是调节器散热器72与调节器散热片部件73是用相同的材料制成的，从而具有优异的热膨胀系数。在具体的实例中，调节器散热器72和调节器散热片部件73都是用热膨胀系数优异的铜或铜合金制成的，以便于抑制单块集成电路芯片70的发热温升。
尽管调节器散热器72未露在外面，但与之相反，将调节器散热片部件73的不平整表面露在外面，从而可优选地对调节器散热片部件73露在外面的不平整表面执行表面处理，以增强其耐腐蚀(或抗腐蚀)能力。
<试验结果>
下文将对热循环试验的试验结果进行说明，该试验是针对本发明的车辆交流发电机和现有技术中的车辆交流发电机进行的。
图6表示了对本发明和现有技术的车辆交流发电机执行热循环测试所得到的对比结果。
被组装到本发明车辆交流发电机1中的调节器散热器72和调节器散热片部件73是用相同的材料制成的，具体而言，是用铜或铜合金制成的。与此相反，现有车辆交流发电机中的调节器散热器和调节器散热片部件则是用不同的材料制成的，例如，调节器散热器是用铜或铜合金制成的，而调节器散热片部件则是用铝制成的。
如图6所示，根据本发明的车辆交流发电机1的试验图线用实线表示，现有技术中车辆交流发电机的图线用虚线表示，从图可见，本发明发电机达到50％失效率的热学冷却测试时间约为现有发电机热学冷却测试时间的1.5倍。该热学冷却测试时间是指达到同一失效率时的时间，其中，该失效率由与水平轴平行的实线表示。
图7表示了调节器散热器温升的对比结果，该对比是在本发明的交流发电机与现有技术的交流发电机之间进行的，测试条件为满负荷，且车辆交流发电机的输出电压VB＝13.5V，且环境温度为125℃。
如图7所示，根据本发明的车辆交流发电机1的调节器散热器72的峰值温度为2000rpm时的156℃，与此相反，现有技术车辆交流发电机的调节器散热器72的峰值温度为2000rpm时的161℃。
因而，与现有技术中车辆交流发电机的峰值温度相比，本发明能将调节器散热器72的峰值温度降低约5℃。
与图6所示的情况类似，被组装到本发明车辆交流发电机1中的调节器的散热器72和散热片部件73是用相同的材料—特别是铜或铜合金制成的。
与此相反，现有技术中调节器散热器和散热片部件是用不同的材料制成的，例如，调节器散热器是用铜或铜合金制成的，调节器散热片部件则是用铝制成的。
如上所述，根据本发明的车辆交流发电机1，调节器散热器72和散热片部件73是用相同的材料—例如是具有相同的优异热膨胀系数的铜或铜合金制成的。
即使由于温度变化很大而在调节器散热器72和散热片部件73上作用有热应力，用相同材料制成的调节器散热器72和散热片部件73的结构也能减小作用到硅粘合剂上的热应力，其中，温度变化的原因是车辆交流发电机1的发电状态的改变；安装在车辆上的发动机(图中未示出)的工作状态的改变，而硅粘合剂则作为用于将调节器散热片部件73与散热器72结合起来的粘接剂。这一特性可以使调节器散热器72与散热片部件73之间的连接长时间保持良好的状态，从而增强了根据本发明实施方式的车辆交流发电机1的可靠性。
具体而言，由于调节器散热器72和散热片部件73都是用具有优异导热性的铜或铜合金中的仅一种制成的，所以可降低作用在它们之间的热应力，并提高了冷却性能，结果就是，可提高车辆交流发电机1的可靠性。换言之，根据本发明的车辆交流发电机的实施方式能显著地提高冷却性能。
此外，本发明的理念可被应用到大尺寸的车辆交流发电机上，在这种发电机中，定子的外径不小于152mm，且额定输出为2.4kW或更高，同时能可靠地保持紧密结合着的调节器散热器与散热片部件之间的连接状态。因而，本发明使得车辆交流发电机在给定的可靠性条件下具有很高的功率输出。
本发明的理念并不限于上述的公开内容，可按照多种改型方式来实施本发明的理念。例如，尽管上述的实施方式采用了硅粘合剂74作为粘接剂，以将调节器散热片部件73与散热器72结合起来，但也可以基于对车辆交流发电机工作温度和耐用性的考虑而采用非硅粘合剂的其它粘接剂。
另外，根据本发明的实施方式，尽管调节器散热器72和散热片部件73都是用铜或铜合金制成的，但如果车辆交流发电机工作在相对较低的温度下，也可以用铝或铝合金取代铜或铜合金。
更进一步地，根据本发明的实施方式，尽管调节器散热器72和散热片部件73是用铜或铜合金等相同的材料制成的，但也可以用不同的材料来制造调节器散热器72和调节器散热片部件73，只要这些材料具有大致上相同的热膨胀系数即可。
此外，在该实施方式中，本发明被应用于其转子2的外径不大于152mm、且额定输出功率等于或大于2.4kW的大型车辆交流发电机1中。本发明并不受限于该实施方式。可将本发明的理念应用于小型的车辆交流发电机。
尽管上文详细地介绍了本发明的特定实施方式，但本领域的普通技术人员能认识到在文中所公开的总体内容的启示下，可对这些细节设计作出多种改型和替换。因而，文中公开的特定结构仅是示例性的，并不对本发明的范围进行限定，本发明的范围由后附权利要求及其等效表达的全部范围给定。
权利要求
1.一种用于产生电能的车辆交流发电机，包括定子，定子绕组被缠绕在该定子上；转子，其被布置成面对着定子；整流器，其对定子绕组中受激产生的交流输出电压进行整流；调节器盒，其中容纳着用于调整输出电压的调节器基板和散热器，调节器基板被安装到散热器的一个表面上；以及散热片部件，其具有多个散热片，它们被粘接到散热器的另外的表面上，其中，散热片部件和散热器是用具有相同热膨胀系数的材料制成的。
2.根据权利要求1所述的车辆交流发电机，其特征在于散热片部件和散热器都是用铜和铜合金中的一种制成的。
3.根据权利要求1所述的车辆交流发电机，其特征在于定子的外径不大于152mm，且车辆交流发电机的额定输出功率不小于2.4kW。
4.根据权利要求2所述的车辆交流发电机，其特征在于定子的外径不大于152mm，且车辆交流发电机的额定输出功率不小于2.4kW。
5.根据权利要求1所述的车辆交流发电机，其特征在于散热片部件和散热器是用具有相同热膨胀系数的不同材料制成的。
全文摘要
一种用于产生电能的车辆交流发电机，该车辆交流发电机具有定子、转子、整流器、调节器盒、以及散热片部件。定子绕组被缠绕在定子上。转子被布置成面对着定子。整流器对定子绕组中受激产生的交流输出电压进行整流。调节器盒中容纳着用于调节输出电压的调节器基板和散热器。调节器基板被安装到散热器的一个表面上。散热片部件具有多个散热片，它们被粘接到散热器的另外的表面上。散热片部件和散热器是用具有优异热膨胀系数的相同材料—例如铜或铜合金制成的。
文档编号H02K9/00GK1972088SQ20061014478
公开日2007年5月30日 申请日期2006年11月14日 优先权日2005年11月14日
发明者浜田宽, 林由典, 增野干男, 近藤义孝 申请人:株式会社电装