JP2007014104A - 車両用交流発電機 - Google Patents

Abstract

【課題】 特定の翼部を有する冷却ファンについて回転時の遠心力に対する翼部の固定強度を向上させることができる車両用交流発電機を提供すること。
【解決手段】 リア側冷却ファン２６の一部のファンブレード２６１は、一の爪状磁極にこの爪状磁極の境界部２６６までが部分的に対応し、この一部のファンブレード２６１に対応するファンベース２６２が他の爪状磁極に渡って対向する対向面を有している。この対向面において、他の爪状磁極に対応する複数の溶接部のうち、回転子２のシャフトに対して外径側に位置する溶接部２６４１と境界部２６６との距離ａと、内径側に位置する溶接部２６４２と境界部２６６との距離ｂとがほぼ等しく設定されている。
【選択図】 図３

Description

本発明は、自動車やトラック等に搭載される車両用交流発電機に関する。

従来から知られている一般的な車両用交流発電機は、固定子とその内周側に対向配置された回転子とがハウジングに収容され、回転子の軸方向両端面には回転に伴い冷却風を発生させる冷却ファンが固定されており、回転軸の回転に伴い冷却風を発生させ、ハウジングに設けられた吐出窓から冷却風を排出する構造になっている。界磁巻線表面を流れる軸方向の冷却風と電機子巻線の端部に向かう遠心方向の冷却風を整流する目的で、回転子の鉄心部と冷却ファンの間にファンベースを配置するものもある。

近年の車両室内の静粛化に伴い、車両用交流発電機としては特に耳障りな特定次数成分の音の発生を抑制するニーズが高まってきている。このようなニーズに対応するため、車両用交流発電機では、次数成分を分散させる技術としてほとんどの製品で不等ピッチ翼を採用している（例えば、特許文献１参照。）。

また、不等ピッチ翼の設計次第では、爪状磁極の冷却ファン固定座面の制約と相まって十分な固定力が得られず、高速回転時に冷却ファンの浮きによって、溶接部の剥がれや応力集中部で亀裂が発生するおそれがあるという問題がある。この問題に対しては、単純に板厚を厚くすることが考えられるが、素材コストが増加することになる。また、応力集中部にリブ形状を形成して対策する方法も考えられるが、リブ形状によって冷却風の流れが乱れファン騒音を悪化させることになる。しかも、リブ形状にも溶接位置の制約がある。したがって、いずれの方法も車両のニーズを満足できなくなるおそれがある。

冷却ファンの溶接位置の改良によって冷却ファンの固定力を上げる技術としては、溶接位置を冷却ファン翼部の遠心力力点とロータコア軸心を結ぶ線上に配置するもの（例えば、特許文献２参照。）や、冷却ファンの外径寸法の６８％以上の位置に溶接部を設けたもの（例えば、特許文献３参照。）などが知られているが、多種多様のファン形状、配置に対して十分ではない。
特開平９−１５４２５６号公報（第４−８頁、図１−７） 実開平５−４７６４（第３−５頁、図１−４） デンソー公開技報、株式会社デンソー発行、１９９９年７月１５日、整理番号１２４−０７２（第１頁、図１−３）

本発明は、このような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、特定の翼部（対応する基部が２つの爪状磁極に対応する翼部）を有する冷却ファンについて、回転時の遠心力に対する翼部の固定強度を向上させることができる車両用交流発電機を提供することにある。

上述した課題を解決するために、本発明の車両用交流発電機は、複数の爪状磁極を有するランデル型回転子の軸方向端面の少なくとも一方に配置されて、溶接等の固定手段によって回転子の軸方向端面に固着された基部と、該基部より軸方向に立設された複数の翼部とを有し、回転子と一体的に回転することで発熱部を冷却する冷却風を発生させる冷却ファンを備えており、一部の翼部は一の爪状磁極にこの爪状磁極の境界部までが部分的に対応し、この一部の翼部に対応する基部が他の爪状磁極に渡って対向する対向面を有しており、対向面において、他の爪状磁極に対応する複数の固定部のうち、回転子の回転軸に対して外径側に位置する第１の固定部と境界部との距離ａと、内径側に位置する第２の固定部と境界部との距離ｂをほぼ等しくしている。これにより、回転時の遠心力に対して第１および第２の固定部へ加わる応力が均一化でき、冷却ファンの翼部の固定力を格段に向上させることができる。また、第１および第２の固定部の溶接プロジェクション形状や溶接条件等を統一することができ、生産性を向上させることができる。

また、上述した基部の一部であって翼部の内径側位置に周方向に沿った切り欠き部が形成されており、切り欠き部の端部と境界部との距離ｃと、第１の固定部と境界部との距離ａをほぼ等しくしたことが望ましい。これにより、冷却ファン基部の応力集中を効果的に緩和することができ、応力集中部の亀裂発生や折損を防止することができる。

また、上述した切り欠き部の端部と第２の固定部との距離ｄと、第１の固定部と第２の固定部との距離ｅをほぼ等しくしたことが望ましい。これにより、各応力作用部について応力の均一化を図ることができ、さらに冷却ファンの翼部の固定力を格段に向上させることができる。

以下、本発明を適用した一実施形態の車両用交流発電機について、図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、本発明を適用した一実施形態の車両用交流発電機１の断面図である。図１に示すように、本実施形態の車両用交流発電機１は、エンジンからベルト（図示せず）およびプーリ１０を介して回転駆動される回転子２と、電機子として働く固定子４と、回転子２と固定子４とを一対の軸受け３ｃ、３ｄを介して支持するフロントフレーム３ａおよびリアフレーム３ｂと、固定子４に接続されて交流出力を直流出力に変換する整流装置５と、回転子２の界磁コイル２４に界磁電流を供給するブラシを保持するブラシ装置７と、出力電圧を制御する電圧制御装置８と、整流装置５、電圧制御装置８およびブラシ装置７等の電気部品を覆うようにリアフレーム３ｂに取り付けられる樹脂製の保護カバー９とを含んで構成されている。

回転子２は、ランデル型であって、シャフト（回転軸）２１、一対のポールコア２２、２３、界磁コイル２４、フロント側冷却ファン２５、リア側冷却ファン２６等で構成されている。ポールコア２２、２３は、界磁コイル２４を巻回した絶縁ボビン２７が圧入されるボス部２２１、２３１と、ボス部２２１、２３１の端部に配されるディスク部２２２、２３２と、ディスク部２２２、２３２から径方向に延びる８個の爪部（爪状磁極）２２３、２３３とを有している。一対のポールコア２２、２３がボス部２２１、２３１の端面で対向させて組み付けられる。

シャフト２１には、スリップリング２１１とスリップリング２１１に電気的に接続される接続リード２１２とが一体的にモールド成形されている。ポールコア２２、２３に設けられた貫通穴にシャフト２１を圧入した後、界磁コイル２４とスリップリング２１１とが接続リード２１２にて電気的に接続される。

次に、リア側冷却ファン２６について詳細に説明する。図２は、リア側冷却ファン２６の詳細形状を示す図であり、回転子２のポールコア２３の端面に固定された状態が示されている。図２に示すように、リア側冷却ファン２６は、外径方向に向かうに従い回転子２の反回転方向に湾曲した曲面形状を成して不等角度ピッチで配置されて軸方向に沿って立設された７個のファンブレード（翼部）２６１と、これらのファンブレード２６１を保持するとともにポールコア２３の軸方向端面に固着されたファンベース（基部）２６２とを有している。このリア側冷却ファン２６は、回転子２と一体的に回転することで発熱部（例えば、整流装置５や固定子４の巻線等）を冷却する冷却風を発生させる。ファンベース２６２には、シャフト２１と接続リード２１２の逃がしとなる開口部２６３が形成されている。このファンベース２６２は、ポールコア２３の軸方向端面に１０ヶ所の溶接部２６４で溶接固定される。溶接部２６４は、３個のファンブレード２６１に対応するファンベース２６２の位置には２ヶ所が、残りの４個のファンブレード２６１に対応するファンベース２６２の位置には１ヶ所がそれぞれ設けられている。また、ファンベース２６２のファンブレード２６１の内径側位置には、回転時およびファンブレード２６１を切り起こす際の応力を緩和する目的で、ファンブレード２６１のそれぞれに対応して周方向に溝形状の切り欠き部２６５が設けられている。

次に、溶接部２６４の詳細について説明する。図３は、リア側冷却ファン２６の部分的な拡大図である。図３に示すように、リア側冷却ファン２６の一部には、ファンブレード２６１がポールコア２３の座面（軸方向端面）に境界部２６６で部分的に着座する部分がある。このファンブレード２６１に対応する溶接部２６４は、ファンブレード２６１が着座する爪部２３３１の隣りに位置する爪部２３３２に２箇所設けられている。これら２箇所に設けられた２つの溶接部２６４の一方を溶接部（第１の固定部）２６４１、他方を溶接部（第２の固定部）２６４２とする。すなわち、一部のファンブレード２６１は、一の爪部（爪状磁極）２３３１にこの爪部２３３１の境界部２６６までが部分的に対応し、この部分のファンベース２６２が他の爪部２３３２に渡って対向する対向面を有しており、この対向面に２つの溶接部２６４１、２６４２が設けられている。本実施形態では、外径側の溶接部２６４１と境界部２６６の距離ａ、内径側の溶接部２６４２と境界部２６６の距離ｂ、切り欠き終端部（切り欠き部２６５の端部）２６５１と境界部２６６の距離ｃをほぼ等しく設定するとともに、切り欠き終端部２６５１と溶接部２６４２の距離ｄと２つの溶接部２６４１、溶接部２６４２間の距離ｅとをほぼ等しく設定してある。なお、ほぼ等しいとは、溶接部２６４１、２６４２の接合部の大きさの範囲では同様の効果を得ることができるため、溶接部の中心位置に対して接合部の範囲内での設定を許容するものである。

このように、本実施形態の車両用交流発電機１では、回転子２のシャフト２１に対して外径側に位置する溶接部２６４１と境界部２６６との距離ａと、内径側に位置する溶接部２６４２と境界部２６６との距離ｂとをほぼ等しく設定しているため、回転時の遠心力に対してこれら２つの溶接部２６４１、２６４２へ加わる応力が均一化でき、冷却ファン２６のファンブレード２６１の固定力を格段に向上させることができる。また、溶接部２６４１、２６４２をプロジェクション溶接に適した形状とする場合に、溶接プロジェクション形状や溶接条件等を統一することができ、生産性を向上させることができる。

また、ファンベース２６２の一部であってファンブレード２６１の内径側位置に周方向に沿った切り欠き部２６５が形成されており、この切り欠き部２６５の端部（切り欠き終端部２６５１）と境界部２６６との距離ｃと、溶接部２６４１と境界部２６６との距離ａとをほぼ等しく設定しているため、冷却ファン２６のファンベース２６２の応力集中を効果的に緩和することができ、応力集中部の亀裂発生や折損を防止することができる。

また、切り欠き終端部２６５１と溶接部２６４２との距離ｄと、２つの溶接部２６４１、２６４２の間の距離ｅとをほぼ等しく設定しているため、各応力作用部について応力の均一化を図ることができ、さらに冷却ファン２６のファンブレード２６１の固定力を格段に向上させることができる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々の変形実施が可能である。例えば、上述した実施形態ではリア側冷却ファン２６についてのみ説明したが、フロント側冷却ファン２５についても本発明を適用してもよい。

また、上述した実施形態では、不等角度ピッチで配置されるファンブレード２６１を有するリア側冷却ファン２６について説明したが、等角度ピッチで配置されるファンブレードを有する冷却ファンについても本発明を適用することができる。

また、上述した実施形態では、リア側冷却ファン２６をポールコア２３に溶接によって固定する場合を考えたが、溶接以外の固定手段を用いるようにしてもよい。例えば、各溶接部２６４に対応する位置に貫通穴を設け、これらの貫通穴を用いてリア側冷却ファン２６をポールコア２３にねじ止めして固定するようにしてもよい。

一実施形態の車両用交流発電機の断面図である。 リア側冷却ファンの詳細形状を示す図である。 リア側冷却ファンの部分的な拡大図である。

符号の説明

１ 車両用交流発電機
２ 回転子
４ 固定子
５ 整流装置
８ 電圧制御装置
９ 保護カバー
２２、２３ ポールコア
２５ フロント側冷却ファン
２６ リア側冷却ファン
２６１ ファンブレード
２６２ ファンベース
２６３ 開口部
２６４、２６４１、２６４２ 溶接部
２６５ 切り欠き部
２６５１ 切り欠き終端部
２６６ 境界部

Claims (3)

1. 複数の爪状磁極を有するランデル型回転子の軸方向端面の少なくとも一方に配置されて、溶接等の固定手段によって前記回転子の前記軸方向端面に固着された基部と、該基部より軸方向に立設された複数の翼部とを有し、前記回転子と一体的に回転することで発熱部を冷却する冷却風を発生させる冷却ファンを備えた車両用交流発電機において、
   一部の前記翼部は一の前記爪状磁極にこの爪状磁極の境界部までが部分的に対応し、この一部の前記翼部に対応する前記基部が他の前記爪状磁極に渡って対向する対向面を有しており、
   前記対向面において、他の前記爪状磁極に対応する複数の固定部のうち、前記回転子の回転軸に対して外径側に位置する第１の固定部と前記境界部との距離ａと、内径側に位置する第２の固定部と前記境界部との距離ｂをほぼ等しくしたことを特徴とする車両用交流発電機。
2. 請求項１において、
   前記基部の一部であって前記翼部の内径側位置に周方向に沿った切り欠き部が形成されており、前記切り欠き部の端部と前記境界部との距離ｃと、前記第１の固定部と前記境界部との距離ａをほぼ等しくしたことを特徴とする車両用交流発電機。
3. 請求項２において、
   前記切り欠き部の端部と前記第２の固定部との距離ｄと、前記第１の固定部と前記第２の固定部との距離ｅをほぼ等しくしたことを特徴とする車両用交流発電機。
   

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