JP2008022630A - 車両用ブラシレス交流発電機 - Google Patents

Abstract

【課題】高速回転時の安定性を向上させることができるとともに、回転部を軽量・低慣性化することができる車両用ブラシレス交流発電機を提供すること。
【解決手段】車両用ブラシレス交流発電機１は、磁束を発生する界磁部と、界磁部によって発生した磁束を受けて起電力を発生する電機子としての固定子２とを有する。界磁部は、導線が巻かれてリヤフレーム４Ｂに固定される界磁コイル部と、爪状の磁極が形成されて回転部となるフロント側ポールコア７Ａ、リヤ側ポールコア７Ｂとを備える。リヤ側ポールコア７Ｂは軸受け１２を介してリヤフレーム４Ｂに回転可能に支持され、フロント側ポールコア７Ａおよびリヤ側ポールコア７Ｂの内径側において磁束の通路となるボス部９はリヤフレーム４Ｂに固定されている。シャフト６は、フロント側ポールコア７Ａが固定された固定部よりもリヤ側の少なくとも一部が削除されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動車やトラック等に搭載される車両用ブラシレス交流発電機に関する。

従来から、車両用交流発電機は、固定子、回転子、フレーム、整流装置等を含んで構成されている。その中で回転子はシャフト、プーリ、ベルトを介して車両のエンジンによって回転駆動されるが、車両の電気負荷が増大するに従い車両用交流発電機も大型、大重量化してきており、回転子自体の重量増大がエンジンへ大きな負担をかけるようになってきている。特に、低アイドル化や加速性能の向上に対して、回転子の重量増大や慣性力増大はエンジンの駆動トルク不足を招き、大きな問題になっている。この回転子の重量や慣性力を低減するために、回転子の界磁コイルをフレームに固定し、磁束を通す爪状のポールコアだけが回転するブラシレスの交流発電機が従来から知られている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００２−３１５２８５号公報（第３−６頁、図１−９）

ところで、従来のブラシレス交流発電機は、回転部のポールコアの断面形状が片もち構造であるため、爪部の拡がりや振れが大きくなって高速回転時に不安定になるという問題があった。このため、ポールコア同士の接合部に大きなストレスがかかり、最悪の場合には破損するおそれがあった。また、界磁コイル部をフレームに固定することで軽量化を実現したが、ポールコアが圧入されたシャフト部の重量が大きいため、回転部全体の軽量化が充分に達成できない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、高速回転時の安定性を向上させることができるとともに、回転部を軽量・低慣性化することができる車両用ブラシレス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、本発明の車両用ブラシレス交流発電機は、磁束を発生する界磁部と、界磁部によって発生した磁束を受けて起電力を発生する電機子とを有しており、界磁部は、導線が巻かれてリヤフレームに固定される界磁コイル部と、爪状の磁極が形成されて回転部となるポールコアとを備え、回転部は、回転自在のシャフトに固定される第１の爪状磁極部と、非磁性部材を介して第１の爪状磁極部に結合される第２の爪状磁極部とを有し、第２の爪状磁極部は、軸受けを介してリヤフレームに回転可能に支持され、第１および第２の爪状磁極部の内径側において磁束の通路となるボス部は、リヤフレームに固定される界磁部を用いて構成されている。ポールコアを片もち構造ではなく第１の爪状磁極部と第２の爪状磁極部の両方の端部において支持することが可能になるため、これらの爪状磁極部の拡がりや振れを少なくして高速回転時の安定性を向上させることができる。また、シャフトの一部を削除することにより、回転部の重量を低減することができ、慣性力を低減した機械的応答性の優れた車両用ブラシレス交流発電機を実現することが可能となる。

特に、上述したシャフトは、第１の爪状磁極部と嵌合され、前記界磁部の方向へ突出していないことが望ましい。これにより、固定部よりリヤ側のシャフトおよびその周辺構造を確実になくすことができ、回転部の重量を大幅に低減することが可能となる。

また、上述した界磁部は、第１の爪状磁極部に包囲された内側において中実であることが望ましい。これにより、界磁コイル部の内部を磁束が通りやすい材料で充填することが可能になり、界磁力増加による出力向上が可能となる。また、界磁コイル部に用いられている導線の巻線スペースを大きくすることができ、これによる界磁力増加、出力向上が可能になる。

また、上述した第２の爪状磁極部と軸受けは、リング状部材を介して連結されていることが望ましい。これにより、軸受けの小型化を容易に実現することができる。

また、上述した第１の爪状磁極部に包囲された内側に、出力電圧を調整するレギュレータが配置されることが望ましい。これにより、回転部の内部に確保された空間にレギュレータを収納することが可能になり、車両用ブラシレス交流発電機全体の小型化が可能になる。

また、上述した第１の爪状磁極部に包囲された内側を冷却風の通路として用いることが望ましい。これにより、界磁部の冷却性を向上させることができ、界磁力増加に伴う出力向上が可能になる。

また、上述した第１の爪状磁極部のシャフトと垂直な端面に貫通孔を形成し、空間に導入された冷却風を貫通孔を通してフロント側に流すことが望ましい。これにより、界磁部を構成する界磁コイル部と回転部に沿って冷却風を流すことが可能になり、界磁部全体の冷却性を確実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ブラシレス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は一実施形態のブラシレス車両用交流発電機の全体構造を示す断面図である。図１に示すように、本実施形態の車両用ブラシレス交流発電機１は、固定子２、回転子３、フロントフレーム４Ａ、リアフレーム４Ｂ、整流装置５等を含んで構成されている。

固定子２は、界磁部（後述する）によって発生した磁束を受けて起電力を発生する電機子であって、固定子鉄心２２と、固定子鉄心２２のスロットに装備された固定子巻線２３とを含んで構成されている。

回転子３は、シャフト６と一体になって回転する回転部であり、爪状の磁極が形成された第１の爪状磁極部としてのフロント側ポールコア７Ａ、第２の爪状磁極部としてのリヤ側ポールコア７Ｂ、非磁性部材７Ｃを含んで構成されている。シャフト６は、プーリ２０に連結されており、車両に搭載された走行用のエンジン（図示せず）によって回転駆動される。回転子３の詳細については後述する。なお、本実施形態の車両用ブラシレス交流発電機１では、界磁コイル８は、リヤフレーム４Ｂに固定されており、回転はしない。

フロントフレーム４Ａおよびリアフレーム４Ｂは、固定子２および回転子３を収容する。シャフト６を中心に回転可能な状態で回転子３が支持されている。回転子３のポールコア７Ａ、７Ｂの外周側に所定の隙間を介して固定子２が固定されている。フロントフレーム４Ａとリヤフレーム４Ｂは、複数本の締結ボルト（図示せず）によって締結されており、固定子２の固定等が行われる。

界磁コイル８は、磁性部材からなり磁束の通路となるボス部９に巻装されており、このボス部９とともにリヤフレーム４Ｂに固定されている。界磁コイル８とボス部９によって界磁コイル部が構成されている。また、この界磁コイル部とフロント側ポールコア７Ａ、リヤ側ポールコア７Ｂによって界磁部が構成されている。整流装置５は、固定子巻線２３から引き出された出力引出部が接続されており、固定子巻線２３から印加される三相交流電圧を三相全波整流して直流電圧に変換する。

次に、回転子３の詳細について説明する。フロント側ポールコア７Ａは、シャフト６に圧入固定されている。このシャフト６は、フロント側ポールコア７Ａの圧入部分（固定部）よりフロント側に延在しており、従来存在してた圧入部分よりリヤ側は削除された形状を有している。また、シャフト６の一部がフロント側の軸受け１０の内輪に挿入されており、シャフト６が回転可能に支持されている。リヤ側ポールコア７Ｂは、フロント側ポールコア７Ａとそれぞれの爪部をリング状の非磁性部材７Ｃを介して溶接することで連結されている。このリヤ側ポールコア７Ｂのリヤ側端部は、リヤ側の軸受け１２の外輪に圧入することで回転可能な状態で支持されている。なお、図１に示す構造では、シャフト６は、フロント側ポールコア７Ａの圧入部分よりもリヤ側全体を削除するようにしたが、リヤ側の一部を削除し、残りの一部がフロント側ポールコア７Ａの圧入部分からリヤ側に突出するようにしてもよい。

このように、本実施形態の車両用ブラシレス交流発電機１では、フロント側ポールコア７Ａおよびリヤ側ポールコア７Ｂを片もち構造ではなくこれらの両方の端部において支持することが可能になるため、これらの拡がりや振れを少なくして高速回転時の安定性を向上させることができる。また、シャフト６の一部を削除することにより、回転部の重量を低減することができ、機械的応答性の優れた車両用ブラシレス交流発電機１を実現することが可能となる。特に、上述したシャフト６は、リヤ側ポールコア７Ｂの圧入部分（固定部）よりもリヤ側を削除することで、この削除部分を支持しない構造としているため、固定部よりリヤ側のシャフト６およびその周辺構造を確実になくすことができ、回転部の重量を大幅に低減することが可能となる。

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２は、車両用ブラシレス交流発電機の変形例を示す断面図である。図２に示す変形例の車両用ブラシレス交流発電機では、界磁コイル８とボス部９からなる界磁コイル部が、シャフト６の一部が削除された空間を含むように配置されている。すなわち、界磁コイル部がフロント側ポールコア７Ａに包囲された内側において中実（内部に空間がない状態）となっている。これにより、界磁コイル部の内部を磁束が通りやすい材料で充填することが可能になり、界磁力増加による出力向上が可能となる。また、界磁コイル８に用いられている導線の巻線スペースを大きくすることができ、これによる界磁力増加、出力向上が可能になる。

図３は、車両用ブラシレス交流発電機の他の変形例を示す断面図である。図３に示す変形例の車両用ブラシレス交流発電機では、リヤ側ポールコア７Ｂとリヤ側の軸受け１２は、リング状部材としてのリングコア２５を介して連結されている。リヤ側ポールコア７Ｂにリヤ側の軸受け１２を直接圧入するのではなく、リングコア２５を介入させて連結することにより、接続法の多様化と軸受け１２の小型化を実現することができる。

図４は、車両用ブラシレス交流発電機の他の変形例を示す断面図である。図４に示す変形例の車両用ブラシレス交流発電機では、シャフト６の一部が削除された空間に、出力電圧を調整するレギュレータ３０が配置されている。回転部の内部に確保された空間にレギュレータ３０を収納することで、車両用ブラシレス交流発電機全体の小型化が可能になる。なお、この空間にレギュレータ３０以外の部品を配置するようにしてもよい。

図５は、車両用ブラシレス交流発電機の他の変形例を示す断面図である。図５に示す変形例の車両用ブラシレス交流発電機では、シャフト６の一部が削除された空間を冷却風の通路として用いている。これにより、界磁部の冷却性を向上させることができ、界磁力増加に伴う出力向上が可能になる。なお、図５では、白抜きの矢印で冷却風の流れが示されている。

図６は、図５に示す車両用ブラシレス交流発電機に備わってフロント側ポールコア７Ａの右側面図であり、プーリ側からみた形状が示されている。図６に示すように、フロント側ポールコア７Ａには、シャフト６と垂直な端面に貫通孔７０が形成されており、シャフト６の一部が削除された空間にリヤ側から導入された冷却風（フロント側に備わって冷却ファン１１の回転に伴ってリヤ側から冷却風が導入される）を貫通孔７０を通してフロント側に流している。これにより、界磁部を構成する界磁コイル部と回転部に沿って冷却風を流すことが可能になり、界磁部全体の冷却性を確実に向上させることができる。また、図６に示すように、フロント側ポールコア７Ａの回転方向に合わせてシャフト６と平行な向きに対して周方向に傾斜させて貫通孔７０を形成することにより、冷却風の通風抵抗を低減してさらに冷却性向上を図ることが可能になる。

一実施形態のブラシレス車両用交流発電機の全体構造を示す断面図である。 車両用ブラシレス交流発電機の変形例を示す断面図である。 車両用ブラシレス交流発電機の他の変形例を示す断面図である。 車両用ブラシレス交流発電機の他の変形例を示す断面図である。 車両用ブラシレス交流発電機の他の変形例を示す断面図である。 図５に示す車両用ブラシレス交流発電機に備わってフロント側ポールコアの右側面図である。

符号の説明

１ 車両用ブラシレス交流発電機
２ 固定子
３ 回転子
４Ａ フロントフレーム
４Ｂ リヤフレーム
５ 整流装置
６ シャフト
７Ａ フロント側ポールコア
７Ｂ リヤ側ポールコア
７Ｃ 非磁性部材
８ 界磁コイル
９ ボス部
１０、１２ 軸受け
１１ 冷却ファン
２０ プーリ
２２ 固定子鉄心
２３ 固定子巻線
２５ リングコア
３０ レギュレータ
７０ 貫通孔

Claims (7)

1. 磁束を発生する界磁部と、前記界磁部によって発生した磁束を受けて起電力を発生する電機子とを有する車両用ブラシレス交流発電機において、
   前記界磁部は、導線が巻かれてリヤフレームに固定される界磁コイル部と、爪状の磁極が形成されて回転部となるポールコアとを備え、
   前記回転部は、回転自在のシャフトに固定される第１の爪状磁極部と、非磁性部材を介して前記第１の爪状磁極部に結合される第２の爪状磁極部とを有し、
   前記第２の爪状磁極部は、軸受けを介して前記リヤフレームに回転可能に支持され、
   前記第１および第２の爪状磁極部の内径側において磁束の通路となるボス部は、前記リヤフレームに固定される前記界磁部を用いて構成されていることを特徴とする車両用ブラシレス交流発電機。
2. 請求項１において、
   前記シャフトは、前記第１の爪状磁極部と嵌合され、前記界磁部の方向へ突出していないことを特徴とする車両用ブラシレス交流発電機。
3. 請求項１または２において、
   前記界磁部は、前記第１の爪状磁極部に包囲された内側において中実であることを特徴とする車両用ブラシレス交流発電機。
4. 請求項１〜３のいずれかにおいて、
   前記第２の爪状磁極部と前記軸受けは、リング状部材を介して連結されていることを特徴とする車両用ブラシレス交流発電機。
5. 請求項１または２において、
   前記第１の爪状磁極部に包囲された内側に、出力電圧を調整するレギュレータが配置されることを特徴とする車両用ブラシレス交流発電機。
6. 請求項１または２において、
   前記第１の爪状磁極部に包囲された内側を冷却風の通路として用いることを特徴とする車両用ブラシレス交流発電機。
7. 請求項６において、
   前記第１の爪状磁極部の前記シャフトと垂直な端面に貫通孔を形成し、前記空間に導入された冷却風を前記貫通孔を通してフロント側に流すことを特徴とする車両用ブラシレス交流発電機。
   

Images