CN104659964A - 交流发电机 - Google Patents

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Abstract

本发明获得一种车辆用交流发电机，能增加冷却空气的风量从而提高冷却效果。交流发电机包括：在外周具有通气口(2a、3a)的外壳(4)；配置在该外壳(4)内的定子(12)；以自由旋转方式支承在定子内的转子(8)；与外壳(4)内的通气口(2a、3a)相对配置，并与转子(8)一体旋转的风扇(11)；以及突起(72、73)，该突起(72、73)形成在外壳(4)的与风扇(11)的前端部(11a、11c)相对的面的与外壳(4)的通气口(2a、3a)的外周相邻的位置上。

Description

交流发电机
技术领域
本发明涉及交流发电机，尤其涉及对车载电池进行充电以及向车载电气装置供电的车辆用交流发电机。
背景技术
现有的车辆用交流发电机如国际公开第2008-037294号公报所示，形成在支架上的风扇的吸入口的截面为圆形。吸入口的直径采用如下结构：在向着风扇平滑地变小后，逐渐扩大，直到最接近风扇的位置为止。
然而，在现有的车辆用交流发电机中，由于吸入口的直径向着风扇逐渐扩大，因此通过风扇向冷却空气提供运动量的范围减少，通过风扇产生的压力上升的量减少。
其结果，即使在风扇前端侧设置空间来降低风扇出口侧的压力损耗，也存在如下等问题：在较风扇更靠近上游侧的风路的压力损失达到一定程度时，冷却空气的风量的增加量会降低。
此外，由于从风扇流出的气流的压力较高，风扇吸入口附近的压力较低，因此在风扇前端附近的空间内会产生从风扇下游侧朝向风扇的吸入口的空气的漏气流。然而，由于具有风扇的吸入口逐渐扩大直到最接近风扇的位置为止的结构，因此对于冷却空气的漏气流的阻力较小，冷却空气的漏气流流量容易增加。若冷却空气的漏气流较多，则由于风扇的功量是固定的，因此排出的冷却空气的风量会降低。
专利文献1：国际公开专利WO2008/037294号
由此，专利文献1所示的现有的车辆用交流发电机存在如下问题：由于冷却空气的风量减少，导致本应由风扇所产生的气流进行冷却的元器件的温度上升。
发明内容
本发明是为了解决现有的交流发电机的上述问题而完成的，其目的在于降低车辆用交流发电机的风扇所产生的气流的风路的压力损耗，并增加冷却空气的风量，提高定子绕组、整流元件等的冷却效果。
本发明所涉及的交流发电机包括：在外周具有通气口的外壳；配置在所述外壳内的定子；以自由旋转方式支承在所述定子内的转子；与所述外壳内的所述通气口相对配置、并与所述转子一体旋转的风扇；以及突起，该突起形成在所述外壳的与所述风扇的前端部相对的面的与所述外壳的所述通气口的外周相邻的位置上。
根据本发明的交流发电机，通过在外壳的与风扇的前端部相对的面的与外壳的通气口的外周相邻的位置上设置突起，从而能扩大冷却空气的风路面积，增加由风扇所产生的风量，因此能提高交流发电机内的定子绕组、整流元件等的冷却效果。
通过结合附图下述后述的本发明的具体实施方式，能更清楚地了解本发明的上述及其它目的、特征、方面以及优点。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式1的车辆用交流发电机的剖视图。
图2是表示本发明的实施方式1的车辆用交流发电机未安装保护盖板的状态的后侧端面图。
图3是本发明的实施方式1的车辆用交流发电机的风扇的立体图。
图4是本发明的实施方式1的交流发电机的后支架的立体图。
图5是表示本发明的实施方式2的交流发电机的主要部分剖视图。
图6是表示本发明的实施方式3的交流发电机的主要部分剖视图。
具体实施方式
实施方式1
图1是表示本发明的实施方式1所涉及的车辆用交流发电机的剖视图。图2是表示本发明的实施方式1所涉及的车辆用交流发电机未安装保护盖板的状态的后侧端面图。
下面参照附图对实施方式1的交流发电机的结构和动作进行详细说明。图1和图2中，车辆用交流发电机1包括分别由碗状的铝制前支架2以及后支架3构成的外壳4。
交流发电机1包括：经由一对轴承5以自由旋转方式支承在外壳4上的轴6；在外壳4的前侧延伸并固定于轴6的端部的滑轮7；以及固定在轴6上并设置在外壳4内的转子8。
另外，交流发电机1包括：固定在转子8的轴向6a的两端面上的风扇11；以围绕转子8的方式固定在外壳4上的定子12；固定于向外壳4的后侧延伸的轴6的延伸部上，并向转子8提供电流的一对滑环15；在各滑环15的表面上滑动的一对电刷16；以及收纳这些电刷16的电刷架17。
此外，交流发电机1还包括：配置在后支架3的后侧并对定子12所产生的交流电压的大小进行调整的电压调节器22；配置在后支架3的后侧并进行电压调节器22等与外部装置(未图示)的信号的输入输出的连接器24；配置在后支架3的后侧并将定子12所产生的交流电压整流成直流电压的整流装置28；以及以覆盖电刷架17、电压调节器22、整流装置28的方式安装在后支架3上的保护盖板50。
转子8是爪极型转子，包括：流过励磁电流来产生磁通的励磁绕组9；以及覆盖该励磁绕组9而设置的、利用其磁通形成磁极的磁极铁心10。
此外，定子12包括：圆筒状的定子铁心13；以及卷绕于定子铁心13、且利用来自励磁线圈9的磁通伴随转子8的旋转所产生的变化来产生交流的定子绕组14。另外，定子12设置成在前支架2以及后支架3的开口端从轴向两侧夹持定子铁心13从而包围转子8。
整流装置28包括：安装有多个正极侧整流元件30的正极侧散热器29；安装有多个负极侧整流元件32的负极侧散热器31；以及电路板33。正极侧散热器29与负极侧散热器31之间夹入电路板33从而大致构成为C字型。电路板33通过对PBT等绝缘性树脂进行模塑成形来制作。
正极侧整流元件30和负极侧整流元件32经由嵌入成形在电路板33上的电导体进行连接，以构成规定的桥式电路。
接着，对车辆用交流发电机1的动作进行说明。另外，在车辆用交流发电机1中，设为采用12极、36槽的三相交流发电机来工作，但极数、槽数并不限于此。
在车辆用交流发电机1中，从电池(未图示)经由电刷16和滑环15对转子8的励磁绕组9提供电流，从而产生磁通。利用该磁通，在磁极铁心10的外周面上沿周向交替形成N极和S极。
另一方面，从引擎的输出轴经由传送带和皮带轮7向轴6传递引擎的转矩，以使转子8旋转。因此，向定子12的定子绕组14施加旋转磁场，从而在定子绕组14上产生电动势。利用整流装置28对由该电动势产生的交流电流进行整流，对电池进行充电，或将其提供给电负载。
风扇11与转子8的旋转联动地进行旋转。在前侧，冷却空气从前侧进气口2a被吸入到前支架2内，沿着轴向流动到转子8附近。然后，冷却空气在转子8附近因风扇11而向离心方向偏移，并从前侧排气口2b排出。
在后侧，从设置在保护盖板50上的多个进气口53将冷却空气吸入保护盖板50内，使其通过设置在正极侧散热器29以及负极侧散热器31上的散热片之间流动到后支架3。接着，冷却空气从后侧进气口3a被吸入后支架3内，沿着轴向6a流动到转子8附近。然后，冷却空气在转子8附近因风扇11而向离心方向偏移，并从后侧排气口3b排出。
定子12所产生的一部分热量通过从风扇11流出并向前侧排气口2b以及后侧排气口3b流动的冷却空气从线圈端部12a进行散热。
此外，一部分定子12的热量传导到前支架2以及后支架3，并从前侧排气口2b的多个前侧肋条51以及后侧肋条52向冷却空气进行散热，从而定子12被冷却。此外，正极侧整流元件30以及负极侧整流元件32利用在正极侧散热器29以及负极侧散热器31所设置的散热片之间流通的冷却空气进行冷却。
这里，对后支架3与风扇11的周边结构以及动作进行说明。在进行旋转的风扇11的前端11a与静置的后支架3之间存在间隙60。由于风扇11的轴6一侧的压力较低，后支架排气口3b一侧的压力较高，因此会在间隙60中产生从后侧排气口3b一侧朝向轴6一侧的漏气流。
若该漏气流的量变大，则用于对定子12、正极侧整流元件30、负极侧整流元件32等进行冷却的空气量会降低。由此，定子12、正极侧整流元件30、负极侧整流元件32等的温度上升，交流发电机1的发电量降低。
为了降低间隙60的漏气流的量，使后支架3与风扇11的前端部11a平行相对，极力减小间隙60。这样虽然能降低漏气流的量，但存在如下问题：在旋转的风扇11的翼面形成了压力较高一侧和较低一侧，这些压力传递到后支架3一侧，从而在后支架3的表面产生压力变动，产生较大的噪音。
另一方面，在通常的车辆用交流发电机1中，从定子12的线圈端部12a向整流装置侧连接有引线14a，该引线14a的存在使得从风扇11流出的空气的流路面积被缩小。对于线圈端部12a的前端，在轴向6a上相比风扇11的底面部11b更靠近风扇11的前端11a，因而也会缩小从风扇11流出的空气的流路面积。若从风扇11流出的空气的流路面积被缩小，则用于对定子12、正极侧整流元件30、负极侧整流元件32等进行冷却的空气量会降低。由此，定子12、正极侧整流元件30、负极侧整流元件32等的温度上升，车辆用交流发电机1的发电量降低。
接着，对本发明的实施方式1的后支架3与风扇11的周边结构进行说明。
图3是本发明的实施方式1所涉及的车辆用交流发电机的风扇的立体图。图3中，风扇11包括风扇主体83以及设置在风扇主体83上的多个翼(叶片)84。多个翼84分别具有在风扇主体83的内周80到外周82之间翼的高度最高的部分81。此外，从翼的高度最高的部分81到外周82为止的翼84具有相同的高度。
图4是本发明的实施方式1所涉及的车辆用交流发电机的后支架的立体图。后支架3包括多个用于通过冷却空气的进气口3a。后支架3还包括被肋条52隔开的排气口3b。后支架3的多个进气口3a的外周直径85形成为比风扇11的外周直径小。此外，风扇11在进气口3a的外周的半径方向6b位置上的翼的高度具有翼最高的部分81。后支架3的进气口3a的外周直径85形成为比风扇11的翼的高度达到最高的部分81的圆周的直径大。
此外，参照图1，实施方式1的交流发电机1除了上述结构以外，后支架3的与风扇11的前端部11a相对的面的与后支架3的进气口3a的外周相邻的位置上还包括突起72。
后支架3的风扇11一侧的端部70与轴6的轴向6a平行，且最靠近风扇11。突起72从端部70朝向半径方向6b以远离风扇11的方式倾斜。通过上述结构，后支架3的与风扇11的前端部11a相对的面的与后支架3的进气口3a的外周相邻的位置上形成有截面形状为直角三角形的突起72。
通过这种结构，能扩大风扇11外周的前端11a与后支架3之间的距离，从而能扩大排出口3b的面积。
由此，能扩大被引线14a、线圈端部12a所堵塞的冷却空气的风路面积，因此压力损耗降低，由风扇11所产生的风量增加，能降低正极侧整流元件30、负极侧整流元件32等的温度。
此外，在从进气口3a的外径到风扇11的外径之间，通过风扇11向冷却空气提供运动量，由此使压力上升。通过使进气口3a的外侧面(外周侧面)与轴向6a平行，从而能扩大进气口3a的外径与风扇11的外径之间的距离，能使压力上升。由此，即使在用于对正极侧整流元件30、负极侧整流元件32进行冷却的散热器的压力损耗较大的情况下，也能利用风扇11使压力上升，从而能降低正极侧整流元件30、负极侧整流元件32等的温度。
此外，尽管如本实施方式所示那样，风扇11的前端11a与后支架3在端部70附近较为接近，但通过采用使前端11a与后支架3的距离向着风扇11外周增大的结构，使得噪音源即后支架3的表面上的压力变动减少，从而能在不增加噪音的情况下抑制漏气流的量，增加冷却空气的风量。
接着，对本实施方式1的前支架2与风扇11的周边结构进行说明。虽然在前侧不存在引线14a等，但存在着缩小风扇出口面积的线圈端部12a。虽然前侧与后侧相比，减少风扇出口面积的结构构件较少，但通过与后侧同样地采用扩大风扇出口面积的结构，能够提高冷却能力。
前侧的风扇11的结构与图3所示的后侧的风扇结构相同。因此，省略对图3所示的风扇结构的说明。然而，对于风扇11的多个翼(叶片)84，从风扇11的内周80到外周82之间的翼的高度也可以相同。
前支架2的进气口2a的外周直径形成为比风扇11的外周直径小。风扇11在进气口2a的外周的半径方向6b位置上的翼的高度具有翼最高的部分。
此外，参照图1，前支架2的进气口2a的外周侧面与轴6的轴向6a平行。由此，进气口2a的外周面的风扇11一侧的端部71与风扇11最为接近。突起73从端部71向半径方向6b以逐渐远离风扇11的方式倾斜。通过上述结构，前支架2的与风扇11的前端部11c相对的面的与前支架2圆周上的进气口2a相邻的位置上形成有突起73。突起73具有直角三角形的截面形状。
通过这种结构，能扩大风扇11外周的前端11c与前支架2的距离，从而扩大排出口2b的面积。
由此，能扩大被线圈端部12a所堵塞的冷却空气的风路面积，因此压力损耗降低，由风扇11所产生的风量增加，能降低轴承5、定子12等的温度。
此外，在从进气口2a的外径到风扇11的外径之间，通过风扇11向冷却空气提供运动量，由此使压力上升。通过使进气口2a的外侧面与轴向6a平行，从而进气口2a的外径与风扇11的外径之间的距离变大，能使压力上升。
由此，即使线圈端部12a的前端在轴向6a方向上延伸并与风扇前端11c位于相同位置时、或进气口2a具有多个肋条而导致进气口2a的面积缩小时，也能利用风扇11使压力上升，从而能降低轴承5、定子12等的温度。
此外，虽然风扇11的前端11c与前支架2在端部71附近较为接近，但使前端11c与前支架2的距离向着风扇11的外周增大。由此，噪音源即前支架2的表面的压力变动减小，能在不增加噪音的情况下抑制漏气流的量，从而增加冷却空气的风量。
实施方式2
图5是表示实施方式2的交流发电机的主要部分剖视图。图5中，与实施方式1相同的标号表示与实施方式1相同的部分，因此省略说明。此外，箭头表示从进气口3a到排气口3b的空气流动。
在后侧，用于对正极侧整流元件30、负极侧整流元件32进行冷却的散热器的压力损耗较大时，由风扇所产生的压力会变大，风扇的中心附近与出口附近的压力差变大。若该压力差变大，则从间隙60附近的后支架3的排出口3b一侧朝着进气口3a的漏气流可能会增加，导致冷却空气的风量降低。
这里，利用图5对由风扇所产生的压力较大时的风扇11的周边结构进行说明。风扇11包括风扇主体83以及设置在风扇主体83上的多个翼(叶片)84。多个翼84分别具有在风扇主体83的内周80到外周82之间翼的高度最高的部分81。此外，从翼的高度最高的部分81到外周82为止的翼84具有相同的高度。
后支架3包括多个用于通过冷却空气的进气口3a。后支架3还包括被肋条52隔开的排气口3b。后支架3的进气口3a的外周直径形成为比风扇11的外周直径小。
此外，风扇11在进气口3a的外周的半径方向6b位置上的翼的高度具有翼最高的部分81。后支架3的进气口3a的外周侧面与轴6的轴向6a平行。由此，进气口3a的外周面的风扇11一侧的端部70与风扇11最为接近。从端部70朝向半径方向6b，突起72具有与风扇11的前端11a平行的部分、以及以远离风扇11的方式倾斜的部分。通过上述结构，截面形状为梯形的突起72以靠近进气口3a的方式形成在后支架3的外周上。
在实施方式1中，后支架3的端部70附近的间隙60最小，间隙60朝半径方向6b扩大。实施方式2中，在从后支架3的端部70朝向半径方向6b的方向上，间隙60是固定的，且间隙60从比风扇11的外周直径要小的位置开始扩大。
由于间隙60达到最小的范围与实施方式1相比在半径方向6b上扩大，使得在从风扇11的出口压力较高的区域朝向后支架3的吸入口3a的压力较低的区域的方向上，对于通过间隙60而逆流的气流的阻力增大，能够抑制逆流的流量。
其结果，冷却空气的风量增加，从而能降低正极侧整流元件30、负极侧整流元件32等的温度。
通过这种结构，能扩大风扇11外周的前端11a与后支架3的距离，其结果，能延长后支架3的排出口3b的轴向6a的长度，从而能扩大排出口3b的面积。
由此，能扩大被引线14a、线圈端部12a所堵塞的冷却空气的风路面积，因此压力损耗得以降低。并且，利用风扇11产生的风量增加，从而能降低正极侧整流元件30、负极侧整流元件32等的温度。
此外，在从进气口3a的外周到风扇11的外周之间，通过风扇11向冷却空气提供运动量，由此使压力上升。通过使进气口3a的外侧面与轴向6a平行，从而能扩大进气口3a的外周直径与风扇11的外径之间的距离，能使压力上升。
由此，即使在用于对正极侧整流元件30、负极侧整流元件32进行冷却的散热器的压力损耗较大的情况下，也能利用风扇11使压力上升，从而能降低正极侧整流元件30、负极侧整流元件32等的温度。
此外，如实施方式2所示那样，虽然风扇11的前端11a与后支架3的进气口3a在端部70附近较为接近，但前端11a与后支架3的距离向着风扇11的外周增大。由此，噪音源即后支架3的表面的压力变动减小，能在不增加噪音的情况下抑制漏气流的量，从而增加冷却空气的风量。
这里，关于后侧的进气口3a的风扇11一侧的形状，对截面形状为梯形的突起72形成在进气口3a的外周上的情况进行了说明，但使截面形状为四边形也能获得同样的效果。
实施方式3
图6是表示本发明的实施方式3的交流发电机的主要部分剖视图。与实施方式1相同的标号表示与实施方式1相同的部分，因此省略说明。此外，箭头表示从进气口2a到排气口2b的空气流动。
在实施方式2中，对在后侧需要较高压力的情况进行了说明。另一方面，在前侧设置了翅片(未图示)，以提高进气口2a、排气口2b的强度以及进行散热。当翅片的数量较少、长度较短时，在前侧不需要后侧那样大的压力。以下，利用图6对增加前侧的冷却空气的结构进行说明。
在不需要压力的情况下，不会在风扇的中心附近与出口之间产生压力差，因此几乎没有从出口朝向风扇中心附近的漏气流。由此，不需要设置实施方式1中说明的、进气口的外周直径与风扇外周直径的关系那样的差异。风扇11的多个翼84分别具有在风扇主体83的内周80到外周82之间翼的高度最高的部分81。此外，从翼的高度最高的部分81到外周82为止的翼84具有相同的高度。
如图6所示，在实施方式3中，前支架2的进气口2a的外周的直径形成为比风扇11的外周的直径大。前支架2的进气口2a的外周侧面与轴6的轴向6a平行。由此，进气口2a的外周面的风扇11一侧的端部71与风扇11最为接近。从端部71朝向半径方向6b，突起73具有与风扇11的前端11c平行的部分、以及以远离风扇11的方式倾斜的部分。
利用上述那样的结构，在与风扇11侧的前支架2的进气口2a相邻的前支架2的外周上形成有截面形状为梯形的突起73。
利用上述那样的结构，能增加排出口2b的面积，并且使得从风扇11流出的冷却空气难以流向进气口2a一侧。其结果，冷却空气的风量增加，从而能降低轴承5、定子12的温度。实施方式3中，对截面形状为梯形的突起73进行了说明，但突起73的截面形状采用三角形也能具有同样的效果。
另外，本发明可以在其发明范围内对各实施方式进行自由组合，或者对各实施方式适当地进行变形、省略。

Claims (10)

1.一种交流发电机，其特征在于，包括：在外周具有通气口(2a、3a)的外壳(4)；
配置在所述外壳(4)内的定子(12)；
以自由旋转方式支承在所述定子(12)内的转子(8)；
与所述外壳(4)内的所述通气口(2a、3a)相对配置，并与所述转子(8)一体旋转的风扇(11)；以及
突起(72、73)，该突起(72、73)形成在所述外壳(4)的与所述风扇(11)的前端部(11a、11c)相对的面的与所述外壳(4)的所述通气口(2a、3a)的外周相邻的位置上。
2.如权利要求1所述的交流发电机，其特征在于，所述突起(72、73)的所述风扇侧的端部(70、71)与所述转子(8)的轴线方向(6a)平行且与所述风扇(11)较为接近，并从所述突起(72、73)的所述风扇侧的端部(70、71)朝向径向以远离所述风扇(11)的方式倾斜。
3.如权利要求2所述的交流发电机，其特征在于，所述突起(72、73)具有三角形的截面形状。
4.如权利要求1所述的交流发电机，其特征在于，所述突起(72、73)的所述风扇侧的端部(70、71)与所述转子(8)的轴线方向(6a)平行，且在从所述端部朝向径向的方向上，该突起(72、73)具有与所述风扇的前端部(11a、11c)平行的部分、以及以远离所述风扇(11)的方式倾斜的部分。
5.如权利要求4所述的交流发电机，其特征在于，所述突起(72、73)具有梯形的截面形状。
6.如权利要求1所述的交流发电机，其特征在于，所述突起(72、73)具有四边形的截面形状，并具有与所述通气口(2a、3a)的侧面平行的面。
7.如权利要求1至6的任一项所述的交流发电机，其特征在于，所述风扇(11)具有风扇主体(83)以及设置在所述风扇主体(83)上的多个翼(84)，多个所述翼(84)分别具有在所述风扇主体(83)的内周(80)到外周(82)之间的所述翼(84)的高度最高的部分(81)，从所述部分(81)到外周(82)为止的所述翼(84)具有相同的高度。
8.如权利要求7所述的交流发电机，其特征在于，所述外壳(4)具有多个所述通气口(2a、3a)，所述外壳(4)的所述通气口(2a、3a)的外周直径(85)比所述风扇的翼的高度最高的所述部分(81)的圆周的直径大。
9.如权利要求8所述的交流发电机，其特征在于，所述外壳(4)为后支架(3)，所述后支架(3)的所述通气口(3a)的外周直径(85)比所述风扇(11)的所述外周(82)的直径小。
10.如权利要求8所述的交流发电机，其特征在于，所述外壳(4)为前支架(2)，所述前支架(2)的所述通气口(2a)的外周直径比所述风扇(11)的所述外周的直径大。
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