JP2002010555A

JP2002010555A - 車両用回転電機

Info

Publication number: JP2002010555A
Application number: JP2000186277A
Authority: JP
Inventors: Shigenobu Nakamura; 中村　　重信; Arata Kusase; 草瀬　　新
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2000-06-21
Filing date: 2000-06-21
Publication date: 2002-01-11
Also published as: US6528910B2; US20010054852A1

Abstract

(57)【要約】【課題】車両用回転電機において、冷却性向上により
小型、高出力、高効率を達成し、さらに信頼性を向上す
ること。【解決手段】コイルエンド２１ａとフレーム４に形成
された開口部４１との間に円筒部材８を設けたことを特
徴としている。これによると、回転子３側からコイルエ
ンド２１ａの根本の通風路２１０を通る冷却風は、円筒
部材８によってコイルエンド２１ａの外径側を軸方向に
誘導される。したがって、冷却風のすべてをすぐに発電
機の外部へ排出することなく、コイルエンド２１ａの外
径側の軸方向にも流すことによりコイルエンド２１ａの
外周部の冷却にも有効に働かせることができ、冷却性を
向上できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、乗用車、トラック
等に搭載される発電機などの回転電機に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、環境問題対策として車両のアイド
ル回転数の低下や、燃費向上のための軽量化や、車室空
間確保のためのエンジンルームの狭小化に対し、エンジ
ンによって駆動される発電機などの回転電機は、小型
化、高出力化、高効率化が求められている。また、エン
ジンルーム内はカーシャンプーや塩水などの電解液や異
物の飛来があり、これらに対して耐環境性の確保も必要
である。

【０００３】これに対し、小型化、高出力化、高効率化
のために不可欠な冷却性向上を目的として、一般に、回
転子の磁極端面に冷却ファンを配置した内扇タイプの発
電機が用いられる。特に、特公平４―２４９３９号公報
に示されているように、固定子のコイルの各相をコイル
エンドにて扁平にし、各相ユニット内で軸方向にずらす
とともに、各相ユニット間にも隙間を形成し、冷却通風
を促進するものがある。

【０００４】また、特開平１１−２９９１５３号公報に
は、固定子の巻線の整形工程において、コイルエンドで
のコイル素線間の干渉を防止して絶縁不良を低減する構
造が示されている。これによれば、ひとつのスロットか
ら引き出された各コイル素線は途中で内周側に折り返さ
れ、周方向の一方に向かって所定スロット数離れたスロ
ットに引き込まれ、折り返し部の近傍ではコイル素線が
固定子鉄心の周方向に重なって配列されている。

【０００５】また、特開平８−２７５４４２号公報に
は、コイルエンド外周とフレームとの間にシリカ等を混
在したゴムや熱硬化樹脂を埋めることにより、固定子巻
線の発熱をフレームへ伝えやすくして、固定子巻線の冷
却を図るものが示されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】特公平４―２４９３９
号公報の構造では、コイルエンドにおいて各相ユニット
は周方向に部分的に重なるため、この重なり部分にも径
方向の冷却通風路を設けるためには、各相ユニットのコ
イルエンド高さを高くして、ユニットごとの隙間をより
広く形成する必要がある。しかし、コイルエンド高さを
高くすると、外部から保護している軸方向のフレーム長
さも長くせねばならず小型化に反するとともに、コイル
長さが長くなるため電気抵抗値が増加して発熱が増大す
るという問題が生ずる。よって、小型化や冷却性向上を
達成できない。

【０００７】一方、特開平１１−２９９１５３号公報に
示されている構造では、固定子スロット近くの各相ユニ
ットのコイルエンド根本部にのみ大きな通風路が形成さ
れ、他のコイルエンドは略円筒壁を形成しているので、
回転子側からの冷却風は通風抵抗の小さいコイルエンド
根本部を通過したまま外部に排出され、冷却風を有効に
作用させることができない。図９は特開平１１−２９９
１５３号公報に示される車両用交流発電機の固定子のコ
イルエンド周辺部の冷却風の流れの概略を示している。
この構造では、図９に矢印にて示す様に、コイルエンド
２１ａの根本部の隙間２１０を通過する冷却風は、その
ままフレーム４の径方向の開口部４１から外部へ排出さ
れる。よって、冷却風はコイルエンド２１ａの外周面の
冷却には寄与できないため、コイルエンド２１ａの冷却
性の向上ができない。また、高占積率化によるコイルエ
ンド２１ａ外径寸法の増加に対して、フレーム４との絶
縁性低下も防止できない。

【０００８】また、この構造では、コイル素線が細く、
スロット内の本数も少ない場合にはコイル素線の干渉を
防止できるが、高出力化や高効率化のために、コイル素
線を太くして高占積率にしようとすると、折り返し部近
傍でのコイル素線の幅は広くなり、しかもこれらを多相
分配置せねばならないので、製作時におけるコイルエン
ドでの各コイル素線の干渉は、さらに甚だしくなる。よ
って、コイル素線どうしの短絡の危険性が高まる。

【０００９】また、各コイル素線の干渉を防止するため
にコイルエンドの径方向幅を外側へ増加すると、コイル
エンド外周とフレーム内周とが近接するので、この間で
の短絡の危険性が高まる。距離を確保するためにはフレ
ームの体格を拡大せねばならず、発電機を小型化できな
い。すなわち、特開平１１−２９９１５３号公報の構造
では、冷却性向上や、高占積率化における信頼性の確保
および小型、高出力化を達成できない。

【００１０】また、特開平８−２７５４４２号公報に示
される構造においては、車両用交流発電機は外部から塩
水やカーシャンプーなどの電解液などがかかりやすく、
エンジン回転時と停止の繰り返しによる温度変化にもさ
らされるので、ゴムや樹脂が組成劣化や収縮などの変形
により、当初の熱伝導効果を保つことができなくなる問
題があった。

【００１１】本発明は、上記の問題点に鑑み、車両用回
転電機において、冷却性向上により小型、高出力、高効
率を達成し、さらに信頼性を向上することを目的とす
る。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１に記載の発明では、回転子と、前記回転子
と対向配置された固定子鉄心及びこの固定子鉄心に装備
された固定子巻線を備える固定子と、前記回転子と前記
固定子とを支持するフレームとを有する車両用回転電機
において、前記回転子は、爪状磁極を有するポールコア
と前記ポールコアの回転軸方向の端面に設けられたファ
ンとを有し、前記固定子鉄心には、複数のスロットが形
成され、前記固定子巻線は、前記スロットに収納される
内部導体と前記スロットから軸方向両側に延出してコイ
ルエンドを形成する外部導体とにより構成され、前記フ
レームの前記コイルエンドの外径側には開口部が配置さ
れ、隣接する前記スロットから延出する前記外部導体間
には、前記固定子鉄心の軸方向端面上を径方向に貫通す
る通風路が形成され、前記外部導体と前記フレームとの
間には、壁部が設けられていることを特徴としている。

【００１３】これによると、回転子側からコイルエンド
根本の通風路を通る冷却風は、壁部によってコイルエン
ドの外径側を軸方向に誘導される。したがって、冷却風
のすべてをすぐに発電機の外部へ排出することなく、コ
イルエンドの軸方向にも流すことができる。その結果、
コイルエンドの外周部の冷却にも有効に働かせることが
でき、冷却性を向上できる。

【００１４】なお、請求項２に記載の発明のように、壁
部は、通風路の軸方向高さ以上の高さを有することが望
ましい。壁部の高さを通風路の軸方向以上の高さにする
ことにより、コイルエンドの外径側における冷却風の軸
方向の流れを促進することができる。

【００１５】また、請求項３に記載の発明のように、壁
部は、コイルエンドを囲む円筒状に形成されていること
が望ましい。これにより、コイルエンドの外径側の全体
に渡って、冷却風を軸方向に流すことができ、冷却性が
更に向上する。

【００１６】請求項４に記載の発明では、壁部は絶縁性
材料で形成されていることを特徴としている。これによ
り、高占積率のためにコイル素線を太くして、コイルエ
ンドの外周寸法が増加しても、フレームとの間に絶縁性
材料で形成されている壁部が介在しているので、この壁
部がインシュレータとして機能し、コイルエンドとフレ
ームとの間の絶縁性を向上することができる。

【００１７】請求項５に記載の発明では、壁部は、コイ
ルエンドと同等の軸方向高さを有することを特徴として
いる。これにより、コイルエンド根本の通風路を通る冷
却風をコイルエンド外周へ導く効果をさらに高めて、冷
却性をより向上できる。また、壁部が絶縁性材料で形成
されているときには、コイルエンドとフレームとの絶縁
性をさらに確保できる。

【００１８】請求項６に記載の発明では、壁部はコイル
エンドと同等の軸方向高さを有し、壁部の先端には固定
子鉄心の内径側に傾斜するつば部が形成されていること
を特徴としている。これにより、コイルエンド根本の通
風路を通る冷却風をコイルエンド先端までガイドするの
で、冷却性をさらに向上できる。また、壁部が絶縁性材
料で形成されているときのコイルエンド先端とフレーム
との絶縁性向上も達成できる。

【００１９】請求項７の発明によれば、壁部がフレーム
の内壁に接して配置されていることを特徴としている。
これにより、コイルエンド外周部の軸方向通風路面積を
増やし、この部分の冷却性を向上できる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図に基
づいて説明する。

【００２１】〔第一実施形態〕図１から図４はこの発明
の第一実施形態を示したものである。図１は本案の車両
用交流発電機の断面図、図２は固定子の斜視図、図３は
円筒部材の半断面の斜視図、図４はコイルエンドの周辺
の通風を示す図である。

【００２２】車両用交流発電機１はエンジンからの回転
力がプーリ５に伝えられて、このプーリ５に固定されて
いるシャフト３１を介して回転子３が回転する。この状
態で、回転子３の界磁巻線３４にスリップリング３５を
介して励磁電流を流すことによって、一対のポールコア
３２にＮＳ磁極が形成されるため、固定子２の巻線２１
に交流電圧を発生させることができ、巻線２１の出力リ
ード２１ｃに接続された整流器６の出力端子から所定の
直流電流が取り出される。ポールコア３２に固定された
冷却ファン３３により、冷却風は一対のフレ−ム４の軸
方向の開口部４２から内部へ取り込まれ、径方向の開口
部４１から外部へ排出される。なお、一対のフレーム４
は軸受けを介して回転子３を位置決めするとともに、複
数のボルト７の締め付けにより固定子２を保持する。

【００２３】固定子２の巻線２１は、固定子鉄心２２の
スロット２２０内においてインシュレータ２３を介して
装備される内部導体２１ｂと、固定子鉄心２２の軸方向
両側においてスロット外にあるコイルエンド２１ａとに
よって形成されている。巻線２１は、図２に示すＸ相、
Ｙ相、Ｚ相の３相巻線よりなり、隣接スロットから出る
各相の巻線のコイルエンド２１ａの根本部間には、隙間
２１０が形成されている。なお、巻線２１の回路は、３
相巻線を星形結線、もしくは三角結線して形成される。

【００２４】図１、図３に示すように、絶縁性材料で形
成されている円筒部材８は、コイルエンド２１ａとフレ
ーム４との間に設けられている。円筒部材８はコイルエ
ンド２１ａの外周面に対向する円筒部８０と、円筒部材
８を狭持固定するための外径側つば部８２と、コイルエ
ンド２１ａの軸方向先端部と径方向にオーバーラップす
る内径寸法を持つ内径側つば部８１とから形成されてい
る。円筒部材８は、円筒部８０とコイルエンド２１ａと
の間に所定の隙間を形成するように配置されている。な
お、円筒部材８は、樹脂を円筒形状に成形したものでも
よいし、長尺の絶縁シートの両側を折り曲げ、これを適
切な長さに切断して丸めたものを用いても良い。

【００２５】以上の構成による、冷却風の流れを図４に
矢印にて示す。回転子３の回転によって外部からフレー
ム４の軸方向の開口部４２より内部へ取り込まれた冷却
風は、ファン３３によって外径方向に流されると共に、
ポールコア３２の爪根本側面３２０もファン効果を持つ
のでこれによりコイルエンド２１ａの根本部の隙間２１
０にも外径方向に流される。

【００２６】この時、フレーム４とコイルエンド２１ａ
の間には、円筒部材８が介在しており、コイルエンド２
１ａの軸方向先端とフレーム４間にはファン３３によっ
て高速の冷却風が流れているので円筒部材８のつば部８
１付近は圧力が低下し、この結果、隙間２１０から外径
方向に流された冷却風は円筒部材８に沿ってつば部８１
に向かって軸方向に流れ、フレーム４の径方向の開口部
４１から外部へ排出される。

【００２７】コイルエンド２１ａの外径側に冷却風が誘
導されることを別の観点から説明すると、円筒部材８の
先端の内径側つば部８１付近においては、円筒部材８に
より冷却風通路が狭めらる。そのため、ベルヌーイの定
理により内径側つば部８１付近の圧力が相対的に低くな
っている。一方、コイルエンド２１ａの根元部の隙間２
１０にはファン３３および爪根元側面３２０による冷却
風の正圧が加わる。そのため、隙間２１０を通過した冷
却風が相対的に圧力の低い内径側つば部８１へ誘導さ
れ、コイルエンド２１ａの外径側にも冷却風が流れる。

【００２８】よって、この時、コイルエンド２１ａの外
周面にも冷却風を流すことができるので、コイルエンド
２１ａの各素線間に隙間を形成することがなくても、冷
却風を効果的に巻線の冷却に活用できる。コイルエンド
２１ａの高さ増加による電気抵抗値の上昇も抑止でき、
発熱損失を抑えることができる。

【００２９】図５は、本実施形態での固定子巻線の温度
と出力との関係を示している。このデータは、本実施形
態の発明を固定子の外径寸法がφ１３０mmクラスの車両
用交流発電機でテストした結果である。本実施形態の車
両用交流発電機では、コイルエンド２１ａの外径側に円
筒部材を設けたために、冷却風をコイルエンド２１ａの
外径側にも送ることができる。そのため、本実施形態に
係る車両用交流発電機では、従来の円筒部材８を設けな
いものに比べて、約２倍の冷却性向上効果があり、従来
のものに対して発熱量が２倍になっても、固定子巻線の
温度を従来品と同等に維持できる。即ち、ジュールの法
則によって、固定子巻線の発熱量は電流の２乗に比例す
るため、従来の２^1/2倍の電流を固定子巻線に流しても
従来と同様の温度を維持できる。したがって、同一サイ
ズで約２^1/2倍の高出力化が可能となる。図５に示すよ
うに、本実施形態の発明では、従来の円筒部材８のない
ものに比べて、同一固定子許容温度に達において、約４
０％の高出力化という格段の効果が確認できた。

【００３０】さらに、円筒部材８が絶縁性部材で形成さ
れており、円筒部材８がコイルエンド２１ａとフレーム
４との間でインシュレータとして機能する。そのため、
高占積率化のために巻線２１のコイル素線を太くし、コ
イルエンド２１ａの外径寸法が増加しても、コイルエン
ド２１ａとフレーム４との間の絶縁性を確保することが
できる。

【００３１】〔その他の実施形態〕図６から図８は、本
発明の他の実施形態を示すものである。

【００３２】第一実施形態においては、円筒部材８とし
て、内径側つば部８１を有するものを採用した。しか
し、図６に示すように、内径側つば部を有しない円筒部
材８ａを用いてもよい。この場合においても、冷却風は
図６の矢印のように、コイルエンドの外径側に沿って流
すことができるので、第一実施形態と同様の冷却性向上
が得られる。

【００３３】また、図７に示すように、円筒部材の軸方
向高さがコイルエンド根本部の隙間２１０の高さ以上で
ある円筒部材８ｂを用いても良い。この場合も、コイル
エンド根本部の隙間を通過する冷却風を、コイルエンド
の外周面に導き、冷却性を向上できる。

【００３４】なお、第一実施形態の円筒部材８の内径側
つば部８１に、図８に示すように、ファンによる冷却風
の通路上に複数の凸部８１０を形成しても良い。これに
より、円筒部材８自身の冷却性を向上することにより、
コイルエンドの外周面を流れる冷却風の温度を低減し、
固定子巻線をより冷却することができる。

【００３５】なお、上記各実施形態では、コイルエンド
とフレームとの間に円筒部材を設けることにより、コイ
ルエンドの外径側に軸方向冷却風を誘導した。しかし、
コイルエンドの外径側の軸方向冷却風の誘導には、コイ
ルエンドの外径側全体を円筒部材で囲む必要はなく、コ
イルエイドとフレームとの間に部分的に壁部を設ける構
成としてもよい。この場合でも、コイルエンドの根元部
分の隙間を通過した冷却風は、壁部によって軸方向に誘
導される。

【図面の簡単な説明】

【図１】発明の第一実施形態の車両用交流発電機の断面
図である。

【図２】第一実施形態の固定子の斜視図である。

【図３】第一実施形態の円筒部材の半断面の斜視図であ
る。

【図４】第一実施形態のコイルエンドの周辺の通風を示
す図である。

【図５】第一実施形態の固定子巻線の温度と出力との関
係を示す図である。

【図６】他の実施形態のコイルエンドの周辺の通風を示
す図である。

【図７】他の実施形態のコイルエンドの周辺の通風を示
す図である。

【図８】他の実施形態の円筒部材の部分的斜視図であ
る。

【図９】従来のコイルエンドの周辺の通風を示す図であ
る。

【符号の説明】

１…車両用交流発電機、２…固定子、２１…固定子巻
線、２１ａ…コイルエンド、２２…固定子鉄心、３…回
転子、３１…シャフト、３２…ポールコア、３２０…爪
根本、３３…ファン、４…フレーム、８…円筒部材、８
０…円筒部、８１…内径側つば部、８２…外径側つば
部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 5H603 AA15 BB02 BB07 BB09 BB12 CA01 CA05 CB03 CC04 CC17 CD01 CD04 CD14 CD21 CE01 5H605 AA01 BB04 CC01 DD07 DD09 DD11 DD31 EB10 EB16 FF06 5H609 BB05 BB13 BB18 PP02 PP09 QQ02 QQ11 QQ17 RR02 RR17 RR20 RR27 RR38 RR39 RR43 5H619 AA11 BB02 BB06 BB17 PP01 PP14 PP25

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】回転子と、前記回転子と対向配置された
固定子鉄心及びこの固定子鉄心に装備された固定子巻線
を備える固定子と、前記回転子と前記固定子とを支持す
るフレームとを有する車両用回転電機において、前記回転子は、爪状磁極を有するポールコアと前記ポー
ルコアの回転軸方向の端面に設けられたファンとを有
し、前記固定子鉄心には、複数のスロットが形成され、前記固定子巻線は、前記スロットに収納される内部導体
と前記スロットから軸方向両側に延出してコイルエンド
を形成する外部導体とにより構成され、前記フレームの前記コイルエンドの外径側には開口部が
配置され、隣接する前記スロットから延出する前記外部導体間に
は、前記固定子鉄心の軸方向端面上を径方向に貫通する
通風路が形成され、前記外部導体と前記フレームとの間には、壁部が設けら
れていることを特徴とする車両用回転電機。
【請求項２】前記壁部は、前記通風路の軸方向高さ以
上の高さを有することを特徴とする請求項１に記載の車
両用回転電機。
【請求項３】前記壁部は、前記コイルエンドを囲む円
筒状に形成されていることを特徴とする請求項１または
請求項２に記載の車両用交流回転電機。
【請求項４】前記壁部は、絶縁性材料で形成されてい
ることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１
つに記載の車両用交流回転電機。
【請求項５】前記壁部は、前記コイルエンドと同等の
軸方向高さを有することを特徴とする請求項１から請求
項４のいずれか１つに記載の車両用回転電機。
【請求項６】前記壁部は、前記コイルエンドと同等の
軸方向高さを有し、前記壁部の先端には前記固定子鉄心
の内径側に傾斜するつば部が形成されていることを特徴
とする請求項１から請求項４のいずれか１つに記載の車
両用回転電機。
【請求項７】前記壁部が、前記フレームの内壁に接し
て配置されていることを特徴とする請求項１から請求項
６のいずれか１つに記載の車両用回転電機。