交流發電機的整流單元的製作方法

2024-03-10 22:38:15

本發明涉及一種交流發電機的整流單元，具體的說是關於一種用於車用三相交流發電機的整流單元。

背景技術：

交流發電機是發電機的一種，用於將機械能轉換成交流電流形式的電能。車用的交流發電機是利用引擎輸出動力驅動發電機轉子的轉動，以將引擎的機械能轉換成電能對電瓶充電，藉以對裝設於汽車上的電器部分供電使用。

車用交流發電機主要結構一般具有一環形定子、一轉子以及一整流單元。藉由轉子在定子中的迅速轉動，使得纏繞在定子上的導線與轉子形成的磁場產生相對運動，進而在導線中產生感應電動勢(電壓)而產生感應電流。原則上，由環形定子及轉子組合所產生的電流是交流電型式。但輸出電流若要能夠供給電瓶以及車輛電子零件所需的電流，尚需藉由整流單元將輸出的交流電轉換為直流電。此外，車用交流發電機具有一包覆環形定子、轉子以及整流單元的外殼，此外殼通常由包覆整流單元的一保護蓋與包覆環形定子與轉子的組合的另一殼體組成，而整流單元具有突伸出外殼的外的輸出端用以輸出電流，而為避免人員或異物誤觸所述輸出端，通常使用一絕緣套套設於所述輸出端上。

現有的車用交流發電機採用多種不同型式的現有整流單元，例如，美國專利第us6,617,723號以及美國專利第us6,060,802號所披露的現有整流單元。然而，設計整流單元結構時，除考慮整流電路的配置外，尚需考慮多種設計因子，例如整流單元各部分結構，例如導線架，散熱片，整流子接腳等等的配置是否能夠有效利用物理空間，整流單元的尺寸是否佔用車用交流發電機總成過大的體積，整流單元是否具有良好散熱能力以避免車輛在使用中的高溫狀態下造成過熱而減低輸出效能等等影響因子。以上現有整流單元並未能實現綜合各方面的較佳化設計。有鑑於此，為有效增進發電機的輸出效能，並同時縮小發電機佔用的體積，針對現有整流單元各部份的結構進行較佳的設計，以在提升效能的餘同時縮減體積是業界所企盼的。

技術實現要素：

本發明的一個目的在於提供一具有較小尺寸的交流發電機整流單元。

本發明的另一個目的在於提供一具有較佳散熱效能的交流發電機整流單元。

為達成上述目的，本發明的一實施例揭露一種車用交流發電機整流單元，包含：導線架；正極散熱構件，所述正極散熱構件耦合至所述導線架的一部分；負極散熱構件，所述負極散熱構件包含兩個互不接觸的負極構件，且所述負極構件的每一者耦合至與所述導線架的所述部分具有高度差的所述導線架的另一部分；其中所述導線架設置於所述正極散熱構件上方，所述正極散熱構件設置於所述負極散熱構件上方。

以下參考附圖說明本發明的內容，其中所述附圖是概要地顯示依照本發明的內容所完成的優選實施例。應了解，本發明在任何方面皆不局限於下述實施例。

附圖說明

圖1是依據本發明一實施例的車用交發電機整流單元示意圖；

圖2是依據本發明一實施例的車用交發電機整流單元的另一個視角的示意圖(輸出端構件及整流子省略)；

圖3是依據圖2的視角所呈現的導線架示意圖；

圖4是依據圖1所示結構的俯視圖；

圖5是輸出端構件朝上穿設並固定於整流單元的正極散熱構件的示意圖；

圖6是根據本發明的一實施例的保護蓋示意圖；

圖7是根據本發明的一實施例的絕緣套示意圖；

圖8是依據本發明一實施例的絕緣套、保護蓋與整流單元組合後的部分截面圖；以及

圖9是依據本發明一實施例的絕緣套、保護蓋與整流單元組合後的俯視圖。

具體實施方式

圖1是依據本發明一實施例的車用交發電機整流單元示意圖，圖2是所述實施例以另一視角觀察下的另一示意圖(輸出端構件及整流子省略)。如圖1及圖2所示，整流單元1主要是包含一導線架10，一正極散熱構件20及一負極散熱構件30。所述導線架10是具有一大致呈u字型的框架部12，所述框架部具有朝上的一端面121、朝下的一端面122、及多個形成於其上的安裝孔123(見圖3所顯示的依據圖2的視角所呈現的導線架10的示意圖)。所述導線架10另設置有分布於其上的終端組件部14，其包含第一終端組件部14a、 第二終端組件部14b及第三終端組件部14c。如圖1及圖3所示，所述終端組件部14a、14b及14c的每一者皆呈現階梯狀結構，且各自由一第一階塊141、一第二階塊142及一第三階塊143依序所組成。所述第一階塊141是自所述導線架10的所述框架部12徑向向外突伸的片狀結構，且優選與所述框架部12共平面。由圖1觀察，所述第二階塊142是自所述第一階塊141的外緣向下延伸一階梯的結構，所述第三階塊143是自所述第二階塊142的外緣向下延伸一階梯的結構。所述第一階塊141與所述第二階塊142具有第一高度差，所述第二階塊142與所述第三階塊143具有第二高度差，第一高度差大於第二高度差。此外，自所述第一階塊141的兩側分別水平沿伸有一接腳構件1411，自所述第二階塊142的兩側分別水平沿伸有一接腳構件1421，且所述第三階塊143的朝上的端面具有一對終端接腳構件1431。

另參照圖3，其顯示圖1中導線架10的相反側。關於本發明中各實施例的描述是以圖1所示車用交發電機整流單元的安置方向為基準，界定組件的向上或向下的朝向。在靠近所述導線架10的兩端側的第一終端組件部14a及第三終端組件部14c的各者的所述第二階塊142朝下的端面具有一自所述朝下端面突伸的短柱1422，每一所述終端組件部14a及14c的所述第三階塊143朝下的端面是低於所述第二階塊142朝下的端面，且所述第三階塊143與所述短柱1422之間形成一空間1423。此外，位於所述終端組件部14a及14c之間的第二終端組件部14b，其第二階塊142朝下的端面具有兩個並排且自所述第二階塊142朝下的端面突伸的短柱1422，而其第三階塊143朝下的端面是低於第二階塊142朝下的端面，且所述第三階塊143與所述兩個短柱1422之間形成一空間1423。

再參照圖1及圖2，整流單元1的正極散熱構件20是耦合至導線架10的一部分。詳言之，正極散熱構件20是具有相對應於導線架10的框架部12的多個安裝孔123的多個安裝孔(未圖示)。在耦接正極散熱構件20至導線架10時，是將所述正極散熱構件20的多個安裝孔的每一者對準相對應的所述導線架10的多個安裝孔123的每一者，並於所述正極散熱構件20的所述安裝孔的每一者下方安置具有一穿孔的一環形絕緣件70。隨後所述對準的導線架的安裝孔123、正極散熱構件20的安裝孔以及絕緣件70是以一鉚釘80穿過，以將所述正極散熱構件20耦接固定至所述導線架10。此時，所述正極散熱構件20的朝上的第一面21是接觸所述導線架的朝下的端面122，且所述絕緣件80朝上的端面至少部分地接觸所述正極散熱構件20的朝下的第二面22。

並且，所述正極散熱構件20具有多個分布於其中的穿孔，在本實例中是優選具有六個穿孔23，且所述六個分布於正極散熱構件20中的穿孔23在所述正極散熱構件20與所述導線架10結合的狀態下，是分別位於所述導線架10的每一所述終端組件部14a、14b及14c 的第一階塊141的兩側。此外，所述多個穿孔23的每一者，是自所述正極散熱構件20的第一面21延伸至自第二面22朝下突起的一環形凸緣24的一端緣。所述穿孔23的每一者用於容納一圓盤狀整流子25。如圖1所示，其中位於所述穿孔23中的整流子25不與所述正極散熱構件20的所述第一面22齊平而有下陷的高度落差。在一優選實施例中，位於所述穿孔23中的整流子25的朝下的端面與環形凸緣24的端緣齊平。再者，容納於所述穿孔23的每一者的整流子25具有自其朝上延伸的一引腳26。每一引腳26電連接至相對應的自第一終端組件部14a、第二終端組件部14b及第三終端組件部14c的一者的第一階塊141側方延伸出的接腳構件1411。這種結構的優點在於，當所述穿孔23中的整流子25不與所述正極散熱構件20的所述第一面22齊平而具有高度上內陷的落差時，能降低整流子25的引腳26的所佔用的高度，而有效減小整流單元1的整體結構高度，進一步縮小車用交流發電機所佔用的體積，而節省引擎室空間。

圖4是依據圖1所繪製的俯視圖。參照圖1及圖4，整流單元1的正極散熱構件20是大致呈現具有一開口t的圓盤狀構件，所述開口t是由正極散熱構件20的內周緣27在徑向方向上形成。如圖4中可見，所述正極散熱構件20於鄰近所述開口t處，其相對的內周緣27是大致呈徑向向外擴大的型態，而形成一角θ，所述角θ的大小大致為14°。在本發明的其他實施例中，所述角θ的範圍可在5°到60°之間。所述正極散熱構件20的內周緣27的一部分是呈現鋸齒狀，以增加正極散熱構件20的散熱表面積。除此之外，所述正極散熱構件20的外周緣28具有自其延伸向下彎弧的多個導流片281，所述導流片281是用以導引來自車用交流發電機的散熱風扇(未圖示)的氣流，以使氣流能夠有效地被導引至發電機內部中。為增加整流單元10的散熱效能，在所述正極散熱構件20中另設有多個散熱孔282，以增加散熱表面積。

參照圖1及圖4，一輸出端構件4是安裝於所述整流單元1的正極散熱構件20的上，以輸出車用交流發電機所產生的電流。參照圖1、圖2及圖4，所述正極散熱構件20具有自其外周緣28朝下延伸的舌片29，且所述舌片29上具有一穿孔291(見圖2)以供在徑向方向上穿設一輸出端構件4。所述正極散熱構件20上另具有一穿孔292，且在如圖5所示的另一實施例中，所述輸出端構件是藉由穿設於所述穿孔292中且在其軸向方向上朝上延伸的方式安裝在所述正極散熱構件20上。

繼續參照圖1至圖3，整流單元1的負極散熱構件30，是包含一第一負極構件30a及一第二負極構件30b。所述第一負極構件30a及第二負極構件30b各自大致呈現一弧狀盤體，且彼此對稱的設置並各自耦接至所述導線架10的另一部分。詳言之，第一負極構件30a具有對應於導線架10的第一終端組件部14a的第二階塊142的短柱1422的一缺口31，以及 對應於導線架10的第二終端組件部14b的第二階塊142的短柱1422的一者的一缺口32。同樣地，第二負極構件30b具有對應於導線架10的第三終端組件部14c的第二階塊142的短柱1422的一缺口31，以及對應於導線架10的第二終端組件部14b的第二階塊142的短柱1422的另一者的一缺口32。

藉由將第一負極構件30a的缺口31及32分別對準相對應的導線架10的第一終端組件部14a及第二終端組件部14b的短柱1422，可將所述第一負極構件30a的缺口31及32分別卡合於導線架10的第一終端組件部14a及第二終端組件部14b的短柱1422之上，使所述第一負極構件30a耦接至所述導線架10，且所述第一負極構件30a的朝上的端面接觸導線架10的第一終端組件部14a及第二終端組件部14b的第二階塊142朝下的端面。同樣地，藉由將第二負極構件30b的缺口31及32分別對準相對應的導線架10的第三終端組件部14c及第二終端組件部14b的短柱1422，可將所述第二負極構件30b的缺口31及32分別卡合於導線架10的第三終端組件部14c及第二終端組件部14b的短柱1422之上，使所述第二負極構件30b耦接至所述導線架10，且所述第二負極構件30b的朝上的端面，接觸導線架10的第三終端組件部14c及第二終端組件部14b的第二階塊142朝下的端面。

此外，所述第一負極構件極30a以及所述第二負極構件30b各自具有多個分布於其上的穿孔，例如本實例中所示的優選的三個穿孔33。詳言之，所述第一負極構件30a於鄰近其缺口31的兩側設置各設置有一個穿孔33，因此在所述第一負極構件30a與所述導線架10組裝後，所述缺口31兩側的所述穿孔33是對應於所述導線架10的第一終端組件部14a的第二階塊142的兩側處。另外，所述第一負極構件30a於鄰近其缺口32的一側設置再設置有一個穿孔33，因此在所述第一負極構件與所述導線架10組裝後，所述缺口32一側的所述穿孔33是對應於所述導線架10的第二終端組件部14b的第二階塊142的一側處。所述穿孔33的每一者容納一圓盤狀整流子35。此外，位於所述穿孔33中的整流子35與所述負極散熱構件30a朝上的端面齊平。再者，容納於所述穿孔33的每一者的整流子35，具有自其朝上延伸的一引腳36。每一引腳36電連接至相對應的自第一終端組件部14a的第二階塊142側方或第二終端組件部14b的第二階塊142側方延伸出的接腳構件1421。

同樣地，所述第二負極構件30b於其缺口31的兩側設置各設置有一個穿孔33，因此於所述第二負極構件30b與所述導線架10組裝後，鄰近所述缺口31兩側的所述穿孔33是對應於第三終端組件部14c的第二階塊142的兩側處。另所述第二負極構件30b於其鄰近缺口32的一側設置再設置有一個穿孔33，因此於所述第二負極構件30b與所述導線架10組裝後，鄰近所述缺口32一側的所述穿孔33是對應於第二終端組件部14b的第二階塊142的一側處。上述穿孔33的每一者容納一圓盤狀整流子35。如圖1所示，位於所述穿孔33 中的整流子35與所述第二負極散熱構件30b朝上的端面齊平。再者，容納於所述穿孔33的每一者的整流子35，具有自其朝上延伸的一引腳36。每一引腳36電連接至相對應的自第三終端組件部14c的第二階塊142側方或第二終端組件部14b的第二階塊142側方延伸出的接腳構件1421。

如圖2所示，所述負極散熱構件30的第一負極構件30a及第二負極構件30b各自的內周緣37的一部分是呈現鋸齒狀，第一負極構件30a及第二負極構件30b各自的外周緣38的一部分亦呈現鋸齒狀，以增加負極散熱構件30的散熱表面積。為增加整流單元10的散熱效能，在所述負極散熱構件30的第一負極構件30a及第二負極構件3b上亦設有多個散熱孔382，以增加散熱表面積。又，本發明的整流單元的尺寸特點之一如照圖4所示，其中由第一負極構件30a及第二負極構件30b所構成的負極散熱構件30的最大半徑，是不超過所述正極散熱構件20的最大半徑。根據這一尺寸特徵，可縮減車用交流發電機所需的徑向尺寸，而達到縮小車用交流發電機所佔用的體積，節省引擎室空間。

續參照圖1及圖4，在該實施例中，輸出端構件4是穿設於所述正極散熱構件20的舌片29上的穿孔291，並固定所述所述正極散熱構件20的舌片29上。所述輸出端構件4包含一螺栓41，一柱型螺帽42，並可進一步包含一墊片43。所述螺栓41具有外螺紋411以及一末端412，所述螺栓41是自所述舌片29的內側徑向向外穿過所述穿孔291，所述墊片43是自所述螺栓41的末端412套入所述螺栓41並接觸所述舌片29徑向朝外的端面，且隨後所述柱型螺帽42是以其內螺紋嚙合所述螺栓41的外螺紋411並迫緊所述墊片42，而將所述螺栓41固定於所述整流單元1的所述舌片29上。所述柱型螺帽42的外周面421設有至少一個凹槽。在本實施例中，所述至少一個凹槽優選為沿所述外周面420環繞形成的環形凹槽422。

圖5是輸出端構件朝上穿設固定於整流單元的正極散熱構件的示意圖。在該實施例中，輸出端構件4是穿設於所述正極散熱構件20的第一面21上的穿孔292中，並固定在所述正極散熱構件20上。如圖5所示，所述螺栓41是自所述正極散熱構件20的第二面22朝上穿過所述穿孔292，所述墊片43是自所述螺栓41的末端412套入並接觸正極散熱構件20的第一面21，且隨後所述柱型螺帽42是以其內螺紋嚙合所述螺栓41的外螺紋411並迫緊所述墊片42，而將所述螺栓41固定於所述整流單元1的所述正極散熱構件20上。

在本發明的一實施例中，整流單元1是被一保護蓋包覆於其內，且輸出端構件穿出保護蓋上的一開口而部分露出保護蓋之外。此外，一絕緣套通常用以接合於保護蓋並套設所述輸出端構件，使輸出端構件的末端可穿出絕緣套的一端面，藉此防止人員進行車輛保養維護工作時誤觸。圖6是根據本發明的一保護蓋示意圖。如圖6所示，保護蓋5是 用以包覆整流單元1，且保護蓋5具有形成一開口51的一輪廓，使輸出端構件的一部分(包含一部分的螺栓41以及一部分的柱型螺帽42)突伸於所述開口51之外。在一優選實施例中，所述保護蓋5的輪廓是自所述保護蓋5的頂表面朝上延伸突出的一凸出部50，且開口51形成於所述凸出部50之中。所述凸出部50具有例如可大致為方形的一外周面，且所述凸出部50頂部端面的開口51可供輸出端構件4的至少一個部分經由所述開口51穿出所述保護蓋5之外。

另外，圖6中亦揭示一絕緣套6。同時參閱圖6及圖7，其中圖7展示自另一視角觀察的絕緣套結構。絕緣套6是包含中空的一柱體61，柱體61的上具有一凸緣62，且所述凸緣62的半徑優選地略大於柱體61的半徑。凸緣62具有一缺口63，一穿孔64是貫穿所述柱體61及所述凸緣62之中，以供輸出端構件4穿設於其中。柱體61中的穿孔64的內周壁上具有至少一個凸部65，例如在本實施例中的兩個凸部65，凸部65是以具有撓性的材料形成。又，一蓋部66是自柱體61的外周壁向外延伸，蓋部66具有與保護蓋5的凸出部50的外周緣相符的內輪廓，使得絕緣套6的蓋部66可覆蓋並停駐於保護蓋5的凸出部50上。

圖8為依據本發明的絕緣套、保護蓋與整流單元組合後的部分截面圖。參閱圖8，絕緣套6的柱體61的內周壁內徑略大於或大致等於輸出端構件4的柱型螺帽42的外徑。因此，當將絕緣套6沿螺栓41的軸向方向套合至所述輸出端構件4時，輸出端構件4的柱型螺帽42的外周面421將迫使絕緣套6的具有可撓性的凸部65變形，隨著絕緣套6向下移動，最終具有可撓性的凸部65將進入柱型螺帽42的凹槽422中，此時可撓性凸部65不再受柱型螺帽42的外周面421壓迫而回復原狀，藉此卡入柱型螺帽42的凹槽422中，而使絕緣套6套設至所述輸出端構件4的定點位置，並使所述輸出端構件4的螺栓41的一末端412經由絕緣套的穿孔64突出於絕緣套6的凸緣62的頂部端面。與此同時，絕緣套6的蓋部66因其內輪廓與保護蓋5的凸出部50的外周面形狀相符，因而完整覆蓋保護蓋5的凸出部50並停駐於其上。組裝完成後的絕緣套、保護蓋與整流單元的俯視圖可參閱圖9。由圖6及圖9可知，保護蓋5的凸出部50的外周面輪廓以及絕緣套6的蓋部66的內輪廓為非圓形，且在本實施例中為呈現至少部分矩形的型態。此一非圓形的輪廓型態的功效在於使絕緣套6能夠在使用時，防止因車輛或引擎振動導致絕緣套6相對於保護蓋5產生轉動的狀況，而能夠有效的定位絕緣套6的位置。另外，由於絕緣套6採用由可撓性凸部65卡入輸出端構件4的柱型螺帽42的凹槽422中以裝設絕緣套6的固定方式，工作人員於安裝或移除絕緣套6時，僅需將絕緣套6直接插置卡合於柱型螺帽42，或是直接將絕緣套6自柱型螺帽42拔除即可，毋須鬆脫保護蓋以及車用交流發電機的外殼，而有效提升工作效率。

以上僅為本發明的優選實施例，但本發明的保護範圍並不局限於此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術範圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發明的保護範圍的內。因此，本發明的保護範圍應該以權利要求所界定的保護範圍為準。