JP2007060875A - 車両用交流発電機 - Google Patents

Abstract

【課題】 ファン騒音の低減を図ることができ、しかも冷却風量低下および耐震性低下を防止す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】 車両用交流発電機には、回転軸と一体的に回転する回転子と、回転子の外周に対向して配置された固定子と、回転軸と一体的に回転して回転軸のほぼ半径方向に冷却風を発生させて固定子を冷却する冷却ファンと、回転子を収容して回転軸を回転自在に支持するとともに冷却ファンに対して回転軸方向に形成された冷却風の吸入窓１００を有するフロント側フレーム１およびリヤ側フレームとが備わっている。フロント側フレーム１に形成された吸入窓１００は、周方向に配置された２本のスポーク１４０（あるいは１３０）と、径方向に配置された内径部および外径部とによって区画されており、スポーク１４０の周方向側面に凹凸１６０が形成されている。
【選択図】 図２

Description

本発明は、乗用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。

近年、車両走行抵抗の低減のためのスラントノーズ化や、車室内居住空間の確保のニーズからエンジンルームがますます狭小化する中で、車両用交流発電機の搭載スペースに余裕がなくなってきている。 また、燃費向上のためエンジン回転は下げられ車両用交流発電機の回転も下がっている。しかしその一方で、安全制御機器等の電気負荷の増加が求められ、ますます発電能力の向上が求められている。 即ち小型で高出力の車両用交流発電機を安価に提供することが求められている。

また、車外騒音低減の社会的要請や、車室内静粛性向上による商品性向上の狙いから、近年ますますエンジン騒音が低下してきており、比較的高速で回転する補機、とりわけ車両用交流発電機の騒音が耳につきやすい状況となってきた。

従来から、フレームに設けられた冷却風吸入窓の形状を工夫することにより、冷却風吸入窓を区画するスポークを冷却ファンが横切る際の急激な風圧変動によって発生するファン騒音を低減する提案がなされている。具体的には、冷却風吸入窓の外郭形状を非円形形状としてファン騒音の次数成分を分散してファン騒音低減を図る手法（例えば、特許文献１参照。）、フレームの径方向に対してスポークを傾斜させることにより冷却ファンのブレード先端とスポークをほぼ直角に交差させることにより冷却ファン回転時の圧力変動を抑制する手法（例えば、特許文献２参照。）、冷却風吸入窓の外郭部分の外径を回転方向に沿って徐々に減少させることにより冷却ファン回転時の圧力変動を抑制する手法（例えば、特許文献３参照。）などが知られている。
特開平７−１０７７０４号公報（第２−３頁、図１−４） 仏国特許出願公開第２７４５４３９号明細書（第１−５頁、図１−８） 特開２００３−１４３８０１号公報（第２−５頁、図１−５）

ところで、特許文献１や特許文献２に開示された手法では、冷却風吸入窓の外郭部を部分的に塞ぐことによって外郭形状を非円形形状にしたり、外径を徐々に減少させているため、冷却風の吸入面積が大きく減少して冷却風量が低下するという問題があった。また、特許文献２に開示された手法では、冷却ファンのブレード先端とスポークをほぼ直角に交差させるためにスポークの向きを半径方向に対して大きくずらしており、耐震性が低下するという問題があった。

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、ファン騒音の低減を図ることができ、しかも冷却風量低下および耐震性低下を防止す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、回転軸と一体的に回転する回転子と、回転子の外周に対向して配置された固定子と、回転軸と一体的に回転して回転軸のほぼ半径方向に冷却風を発生させて固定子を冷却する冷却ファンと、回転子を収容して回転軸を回転自在に支持するとともに冷却ファンに対して回転軸方向に形成された冷却風吸入窓を有するフレームとを備えており、フレームに形成された冷却風吸入窓は、周方向に配置された２本のスポークと、径方向に配置された内径部および外径部とによって区画されており、スポークの周方向側面に凸部および凹部の少なくとも一方を形成している。これにより、冷却ファンのブレード先端がスポークを横切る際に発生する急激な圧力変動を、凸部あるいは凹部を設けることで緩和することができるため、ファン騒音の低減を図ることができる。また、スポークに凸部や凹部を形成しただけであり、外径部を部分的に塞ぐ必要がないことから冷却風量の低下を防止することができる。さらに、スポークを大きく傾斜させることもないため、耐震性が低下することもない。

また、上述した凸部あるいは凹部は、スポークの周方向に沿った両面に形成されていることが望ましい。また、上述したスポークの周方向に沿った両面のそれぞれに形成された凸部あるいは凹部の高さおよび数の少なくとも一方を異ならせるようにしてもよい。これにより、スポークの両側面を冷却ファンが通過する際の圧力変動を低減してファン騒音のさらなる低減を図ることができる。

また、上述した凸部あるいは凹部は、スポークの周方向側面の全面に形成されていることが望ましい。これにより、スポークの径方向に沿った全面について冷却ファンが通過する際の圧力変動を低減してファン騒音のさらなる低減を図ることができる。

また、上述したスポークは、回転軸を中心に径方向に沿った向きに形成されていることが望ましい。これにより、スポークを径方向に対して傾斜させる場合に比べて耐震性を向上させることができ、しかもファン騒音を低減することができる。

また、一のスポークに形成された凸部の頂部の周方向位置あるいは凹部の底部の周方向位置を、径方向外側に行くにしたがって径方向に沿った位置から次第にずらして設定することが望ましい。これにより、冷却ファンのブレード先端がスポークのそれぞれの凸部あるいは凹部と交差するタイミングを径方向位置に応じてずらすことができるため、スポークを冷却ファンが通過する際の圧力変動をさらに低減してファン騒音の大幅な低減を図ることができる。

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、一実施形態の車両用交流発電機の全体構成を示す図である。図１に示す車両用交流発電機は、フロント側フレーム１、リア側フレーム２、固定子４、回転子１０、整流装置２４、電圧制御装置２５、ブラシ装置２６、リアカバー２７等を含んで構成されている。

フロント側フレーム１およびリア側フレーム２は、共に椀状の形状を有しており、これらの開口部同士を直接当接させた状態で、複数本（例えば４本）のボルト３によって相互に固定されている。フロント側フレーム１の内周には固定子４が固定されている。

固定子４は、回転子１０の外周に対向して配置されており、固定子鉄心５および固定子巻線６を備えている。回転子１０は、界磁巻線１１、ポールコア１２、１３、回転軸１４等を備えており、一対のベアリング１５、１６により回転自在に支持されている。ポールコア１２、１３の軸方向端面には、遠心型の冷却ファン１７、１８が取り付けられている。フロント側の冷却ファン１７は、界磁巻線１１への冷却風を生成するために、ブレードが回転子１０の回転方向に対して前傾させた斜流式になっている。また、回転軸１４の前端にはプーリ１９がナット２０により結合されており、図示しない車両エンジンにより回転駆動される。さらに、リア側フレーム２の外側に位置する回転軸１４の後端には、一対のスリップリング２１、２２が設けられており、界磁巻線１１に導体を介して電気的に接続されている。

整流装置２４、電圧制御装置２５、ブラシ装置２６等のいわゆる電気部品は、リア側フレーム２の外側の軸方向端面に、ボルト９等の固定手段によって固定されている。整流装置２４は、例えば三相の固定子巻線６の出力電圧である三相交流電圧を整流して直流の出力電圧に変換する。電圧制御装置２５は、界磁巻線１１に流れる励磁電流を調整することにより、車両用交流発電機の出力電圧を制御する。ブラシ装置２６は、整流装置２４から回転子１０の界磁巻線１１に励磁電流を流すためのものであり、回転子１０の回転軸１４に形成されたスリップリング２１、２２のそれぞれに押圧するブラシが備わっている。

リアカバー２７は、リア側フレーム２の外側に取り付けられる整流装置２４、電圧制御装置２５、ブラシ装置２６等の電気部品を覆って、これらを保護する。このリアカバー２７は、ナット２８によってリア側フレーム２から延びるボルト９に、整流装置２４を挟み込んだ状態で締め付け固定されている。また、リアカバー２７は、ブラシ装置２６の周辺に同心円状に形成されている冷却風導入窓を有している、
次に、フロント側フレーム１の詳細形状について説明する。図２は、フロント側フレーム１の正面図であり、プーリ１９が取り付けられる側から見た詳細形状が示されている。図１および図２に示すように、フロント側フレーム１は、軸方向端面に設けられた冷却風の吸入窓１００と、外周両肩部に設けられた冷却風の排出窓１０２とを有する。また、フロント側フレーム１は、ベアリング１５を収納するベアリング収納部１１０と、４本のボルト３のそれぞれを収納するために周方向に沿って等間隔（９０°間隔）に設けられた４箇所のボルト収納部１２０とを有している。これらのベアリング収納部１１０と各ボルト収納部１２０との間は、径方向に延在する（放射状に形成された）４本のスポーク１３０によって連結されている。また、隣接する２本のスポーク１３０の間には、径方向に延在する３本のスポーク１４０が備わっている。それぞれの吸入窓１００は、周方向に隣接する２本のスポーク１３０、１４０あるいは２本のスポーク１４０と、内径部としてのベアリング収納部１１０と、複数のスポーク１４０の外径側端部を周方向に連結した外径部１５０とで区画されている。

ところで、４本のスポーク１３０と１２本のスポーク１４０のそれぞれには、周方向側面に凸部および凹部の少なくとも一方が形成されている。図２に示す例では、１本のスポーク１３０あるいは１４０に着目すると、周方向に沿った両面であって、周方向側面の全体にわたって凹凸１６０が形成されている。この凹凸１６０は、フロント側フレーム１の内面（回転子１０に設けられた冷却ファン１７のブレード先端が接近する面）まで達している。

図３は、１本のスポーク１４０を抜き出した拡大図であり、周方向側面に形成された凹凸１６０の詳細形状が示されている。本実施形態では、図３に示すように、フロント側の冷却ファン１７が矢印方向に回転したときに、冷却ファン１７のブレード先端１７ａが、スポーク１４０（あるいはスポーク１３０）に対してほぼ平行な向きで交差する。ところが、交差開始時には、まず凹凸１６０の頂部１６０ａとブレード先端１７ａとが交差し、その後ブレード先端１７ａが凹凸１６０の底部１６０ｂに到達するまで凹凸１６０全体が徐々に交差する。したがって、冷却ファン１７のブレード先端１７ａがスポーク１４０（あるいは１３０）を横切る際にブレード先端１７ａとスポーク１３０との当接面との間で発生する急激な圧力変動を、凹凸１６０を設けることで緩和することができ、ファン騒音の低減を図ることができる。また、スポーク１４０や１３０の周方向側面に凹凸１６０を形成しただけであり、外径部１５０を部分的に塞ぐ必要がないことから冷却風量の低下を防止することができる。さらに、スポーク１４０等を強度が最大となる径方向と一致させて形成することができるため、耐震性が低下することもない。

特に、凹凸１６０をスポーク１４０あるいは１３０の周方向に沿った両面であって、周方向側面の全面に形成することにより、冷却ファン１７がスポーク１４０あるいは１３０を通過する際の圧力変動を大幅に低減して、ファン騒音のさらなる低減を図ることができる。

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。図４〜図６は、スポーク１４０（スポーク１３０についても同様）に形成された凹凸の変形例を示す図である。図４に示すように、スポーク１４０の一方の周方向側面に形成された凹凸１６０ｃと他方の周方向側面に形成された凹凸１６０ｄの山数（凸部の数）や谷数（凹部の数）を異ならせるようにしてもよい。また、図５に示すように、スポーク１４０の周方向両面に形成された凹凸１６０ｅの向きを周方向に対して傾斜させるようにしてもよい。

また、図６に示すように、スポーク１４０に形成された凹凸１６０ｆの凸部の頂部の周方向位置あるいは凹部の底部の周方向位置を、径方向外側に行くにしたがって径方向Ｒに沿った位置から次第にずらして設定するようにしてもよい。図６に示す例では、交差を開始する側の凹凸１６０ｆの凸部の頂部位置が、外径側にいくにしたがって回転方向上流側にずらされている。これにより、冷却ファン１７のブレード先端１７ａがスポーク１４０の凹凸１６０ｆのそれぞれの凸部あるいは凹部と交差するタイミングを径方向位置に応じてずらすことができるため、スポーク１４０を冷却ファン１７が通過する際の圧力変動をさらに低減してファン騒音の大幅な低減を図ることができる。

また、上述した実施形態では、スポーク１３０、１４０の周方向側面に多数の凸部および凹部からなる凹凸１６０等が形成されている場合について説明したが、周方向側面には凸部および凹部の少なくとも一方が形成されていればよい。

一実施形態の車両用交流発電機の全体構成を示す図である。 フロント側フレームの正面図である。 １本のスポークを抜き出した拡大図である。 スポークに形成された凹凸の変形例を示す図である。 スポークに形成された凹凸の変形例を示す図である。 スポークに形成された凹凸の変形例を示す図である。

符号の説明

１ フロント側フレーム
２ リア側フレーム
４ 固定子
１０ 回転子
２４ 整流装置
２５ 電圧制御装置
２６ ブラシ装置
２７ リアカバー
１００ 吸入窓
１０２ 排出窓
１１０ ベアリング収納部
１２０ ボルト収納部
１３０、１４０ スポーク
１５０ 外径部
１６０ 凹凸

Claims (6)

1. 回転軸と一体的に回転する回転子と、前記回転子の外周に対向して配置された固定子と、前記回転軸と一体的に回転して前記回転軸のほぼ半径方向に冷却風を発生させて前記固定子を冷却する冷却ファンと、前記回転子を収容して前記回転軸を回転自在に支持するとともに前記冷却ファンに対して回転軸方向に形成された冷却風吸入窓を有するフレームとを備える車両用交流発電機において、
   前記フレームに形成された前記冷却風吸入窓は、周方向に配置された２本のスポークと、径方向に配置された内径部および外径部とによって区画されており、前記スポークの周方向側面に凸部および凹部の少なくとも一方を形成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、
   前記凸部あるいは前記凹部は、前記スポークの周方向に沿った両面に形成されている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、
   前記スポークの周方向に沿った両面のそれぞれに形成された前記凸部あるいは前記凹部の高さおよび数の少なくとも一方を異ならせることを特徴とする車両用交流発電機。
4. 請求項１〜３のいずれかにおいて、
   前記凸部あるいは前記凹部は、前記スポークの周方向側面の全面に形成されていることを特徴とする車両用交流発電機。
5. 請求項１〜４のいずれかにおいて、
   前記スポークは、前記回転軸を中心に径方向に沿った向きに形成されていることを特徴とする車両用交流発電機。
6. 請求項４において、
   一の前記スポークに形成された前記凸部の頂部の周方向位置あるいは前記凹部の底部の周方向位置を、径方向外側に行くにしたがって径方向に沿った位置から次第にずらして設定することを特徴とする車両用交流発電機。
   

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