JP2009044830A - 車両用交流発電機 - Google Patents

Abstract

【課題】信頼性の低下およびコスト上昇を防止しつつ軸受け近傍への異物の侵入を低減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１は、回転駆動される回転子３と、回転子３と対向配置された固定子２と、回転子３を軸受け３９、３４を介して支持するフレーム４と、回転子３のポールコア３２の軸方向端面に配置されて回転子３とともに回転する冷却ファン３５、３６と、リア側の冷却ファン３６の内周において円環形状で軸方向に延びる円環部３６Ａとを備えている。円環部３６Ａは、軸受け３４を保持する円環形状の軸受け収納部４４よりも大径で、かつ、回転子３の軸方向に沿って重複しており、外径方向に複数の凸部３６Ｂが一体形成されている。
【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交流発電機に関する。

従来から、リア側軸受けの外輪を保持するフレーム側の軸受け収納部と、回転子に取り付けられたリア側の冷却ファンの内周に設けられたバーリングとを軸方向に重複させることにより、回転動作中に外部から冷却風とともに飛来する異物が軸受け近傍に侵入することを防止するようにした車両用交流発電機が知られている（例えば、特許文献１参照。）。図５は、従来の車両用交流発電機の部分的な断面図である。図５に示すように、リア側の冷却ファン１１０の内周にはバーリングとしての円環部１１２が設けられ、その端部位置が軸受け収納部１１８の端部位置と軸方向に沿って重複しており、これら円環部１１２と軸受け収納部１１８とによって形成される迷路構造によって、外部から軸受け１１４への水や塵等の異物の侵入を防止している。

また、軸受けの防水性および防塵性を高める他の従来技術として、軸受けの内輪の軸方向端面と回転軸の円筒部に密着させたＬ字型断面形状のシールド板を備えた車両用交流発電機が知られている（例えば、特許文献１参照。）。図６は、シールド板を用いる従来の車両用交流発電機の部分的な断面図である。図６に示すように、軸受け１２０の両側にシールド板１２２、１２４が設けられている。シールド板１２２、１２４が回転軸１３０とともに回転するため、シールド板１２２、１２４近傍まで侵入した異物を遠心力で径方向外側に排除することができる。
特開２００５−１５１７２８号公報（第２−６頁、図１−４）

ところで、図５に示した従来構造では、異物の侵入をさらに低減するためには円環部１１２の高さを高くすればよいが、このようにすると円環部１１２の根元１１９の厚みが薄くなり、強度低下に伴って信頼性が低下するという問題があった。強度低下は、亀裂発生の原因にもなる。車両用交流発電機の回転子は、エンジンによって低速から高速まで繰り返し回転変化が与えられるため、強度低下や亀裂が生じると円環部１１２が破損するおそれがある。その結果、異物の侵入低減ができなくなるだけでなく、破損物による固定子巻線の損傷などの二次故障により発電不良に至るおそれもある。

また、図６に示した従来構造では、防水性および防塵性は向上するが、別部品としてのシールド板１２２、１２４が必要になるとともにこれらを組み付けるための工数が増すため、コストが上昇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、信頼性の低下およびコスト上昇を防止しつつ軸受け近傍への異物の侵入を低減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、回転駆動される回転子と回転子と対向配置された固定子と、回転子を軸受けを介して支持するフレームと、回転子の磁極の軸方向端面に配置されて回転子とともに回転する冷却ファンと、冷却ファンの内周において円環形状で軸方向に延びる円環部とを備えており、円環部は、軸受けを保持する円環形状の軸受け収納部よりも大径で、かつ、回転子の軸方向に沿って重複しており、外径方向に複数の凸部が一体形成されている。円環部に凸部を設けることにより異物の排除能力を高めることができるため、円環部の高さを高くすることに伴う信頼性の低下を防止しつつ異物の侵入を低減することが可能となる。

また、上述した凸部は、円環部の一部に形成されたスリットの隣接片を切り起こすことで形成されたサブファンであることが望ましい。これにより、別部品を追加することによるコスト上昇を抑えることができる。

また、上述した凸部は、円環部の連続した円筒面を外径側に突出させたふくらみ部であることが望ましい。これにより、円環部の一部を突出させることで凸部を形成することができるため、円環部の形成が容易となり、凸部を追加したことによる製造コストの上昇を抑えることができる。

また、上述した円環部の軸方向端部近傍に、凸部の最外径部が配置されていることが望ましい。これにより、軸受けに異物が侵入する円環部の軸方向端部近傍での異物の排除能力を高めることができる。

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１は、固定子２、回転子３、フレーム４、ブラシ装置５、リアカバー６等を含んで構成されている。

固定子２は、固定子鉄心２２と、３相の固定子巻線２３と、固定子鉄心２２と固定子巻線２３との間を電気絶縁するインシュレータ２４とを備えている。回転子３は、絶縁処理された銅線を円筒状かつ同心状に巻き回した界磁巻線３１を、それぞれが６個の爪部を有するポールコア３２によって、回転軸３３を通して両側から挟み込んだ構造を有している。また、フロント側の磁極としてのポールコア３２の軸方向端面には、フロント側から吸い込んだ冷却風を軸方向および径方向に吐き出すための冷却ファン３５が溶接等によって取り付けられている。同様に、リア側の磁極としてのポールコア３２の軸方向端面には、リア側から吸い込んだ冷却風を径方向に吐き出すための冷却ファン３６が溶接等によって取り付けられている。また、回転軸３３のリア側端部近傍には、界磁巻線３１の両端に電気的に接続された２つのスリップリング３７、３８が形成されており、これらのスリップリング３７、３８を介してブラシ装置５から界磁巻線３１に対して給電が行われる。

フレーム４は、固定子２および回転子３を収容しており、回転子３が回転軸３３を中心に軸受け３９、３４を介して回転可能な状態で支持されているとともに、回転子３のポールコア３２の外周側に所定の隙間を介して配置された固定子２が固定されている。また、フレーム４は、固定子鉄心２２の軸方向端面から突出した固定子巻線２３に対向した部分に冷却風の吐出窓４２を有し、軸方向端面に吸入窓４１を有している。

ブラシ装置５は、２つのスリップリング３７、３８のそれぞれに摺接する２つのブラシ５１、５２を収納するブラシホルダ５３を含んで構成されている。リアカバー６は、リア側のフレーム４の外側に取り付けられるブラシ装置５や整流装置７およびＩＣレギュレータ８を覆うように取り付けられ、これらを異物から保護する。

上述した構造を有する車両用交流発電機１は、ベルト等を介してプーリ２０にエンジン（図示せず）からの回転力が伝えられると回転子３が所定方向に回転する。この状態で回転子３の界磁巻線３１に外部から励磁電圧を印加することにより、ポールコア３２のそれぞれの爪部が励磁され、固定子巻線２３に３相交流電圧を発生させることができ、出力端子１０からは所定の直流電流が取り出される。

次に、リア側の冷却ファン３６の詳細について説明する。リア側の冷却ファン３６は、円環形状で軸方向に延びる円環部３６Ａを内周側に備えている。この円環部３６Ａは、回転子３を回転可能に保持する一方の軸受け３４を保持するためにフレーム４に設けられた円環形状の軸受け収納部４４よりも大径で、かつ、回転軸３３方向に沿って軸受け収納部４４と重複している。また、円環部３６Ａには、外径方向に複数の凸部３６Ｂが一体形成されている。

凸部３６Ｂの具体例としては、（１）円環部３６Ａの一部に形成されたスリットの隣接片を切り起こすことで形成されたサブファンとする場合や、（２）円環部３６Ａの連続した円筒面を外径側に突出させたふくらみ部とする場合などが考えられる。

図２は、回転子３の斜視図であり、サブファンとして形成された凸部３６Ｂが円環部３６Ａに備わっている場合が示されている。図３は、サブファンとしての凸部３６Ｂの製造工程を示す説明図である。図３（Ａ）に示すように、金属製の平板の内周側にスリット３６Ｃを形成する。このスリット３６Ｃは、プレス加工によって形成されるが、切削加工によって形成するようにしてもよい。次に、図３（Ｂ）に示すように、境界３６Ｄよりも内径側を絞り成形して円環部３６Ａを形成する。この状態では、形成された円環部３６Ａには未だ凸部３６Ｂは形成されていない。次に、スリット３６Ｃの一方の隣接片を径方向外側へ起こしてサブファン３６Ｅを形成する。このサブファン３６Ｅが凸部３６Ｂとして用いられる。なお、サブファン３６Ｅの起こし工程は、円環部３６Ａを保持しつつ、折り曲げ加工、もしくは円環部３６Ａの絞り加工方向と逆方向からの冶具挿入によって押し開くようにしてもよい。

図４は、ふくらみ部によって凸部３６Ｂを形成した円環部３６Ａの斜視図である。図４に示すように、円環部３６Ａは、連続した円筒面３６Ｆを有しており、その一部を複数箇所（図４では４箇所）外径側に突出させたふくらみ部３６Ｇが形成されている。このふくらみ部３６Ｇが遠心ファンとして機能を有する凸部３６Ｂとして用いられる。ふくらみ部３６Ｇは、円環部３６Ａの絞り加工と同時に形成することができる。

なお、上述した凸部３６Ｂとしてのサブファン３６Ｅやふくらみ部３６Ｇは、円環部３６Ａの軸方向端部近傍に最外径部が配置されている。その方法は、ふくらみ部３６Ｇの場合、前述と同様に、円環部３６Ａの絞り加工方向と逆方向からの冶具挿入によって押し開くことによって実現することができる。

このように、本実施形態の車両用交流発電機１では、冷却ファン３６の内周に備わった円環部３６Ａに凸部３６Ｂを設けることにより異物の排除能力を高めることができるため、円環部３６Ａの軸方向高さを高くすることに伴う信頼性の低下を防止しつつ異物の侵入を低減することが可能となる。

また、円環部３６Ａの一部に形成されたスリット３６Ｃの隣接片を切り起こすことで形成されたサブファン３６Ｅを凸部３６Ｂとして用いる場合には、別部品を追加することによるコスト上昇を抑えることができる。

また、円環部３６Ａの連続した円筒面３６Ｆを外径側に突出させたふくらみ部３６Ｇを凸部３６Ｂとして用いる場合には、円環部３６Ａの一部を突出させることで凸部３６Ｂを形成することができるため、別部品を追加することによるコスト上昇を抑えることができることに加えて、円環部３６Ａの形成が容易となって凸部３６Ｂを追加したことによる製造コストの上昇を抑えることができる。

さらに、円環部３６Ａの軸方向端部近傍に、凸部３６Ｂの最外径部を配置することにより、軸受け３４に異物が侵入する円環部３６Ａの軸方向端部近傍での異物の排除能力を高めることができる。

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。上述した実施形態では、金属製の平板を用いて円環部３６Ａを含む冷却ファン３６の全体をプレス成形するようにしたが、冷却ファン３６は、樹脂成形したり、アルミダイカスト等によって形成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全体構成を示す図である。 回転子の斜視図である。 サブファンとしての凸部の製造工程を示す説明図である。 ふくらみ部によって凸部を形成した円環部の斜視図である。 従来の車両用交流発電機の部分的な断面図である。 シールド板を用いる従来の車両用交流発電機の部分的な断面図である。

符号の説明

１ 車両用交流発電機
２ 固定子
３ 回転子
４ フレーム
５ ブラシ装置
６ リアカバー
３３ 回転軸
３４ 軸受け
３５、３６ 冷却ファン
３６Ａ 円環部
３６Ｂ 凸部
３６Ｃ スリット
３６Ｅ サブファン
３６Ｆ 円筒面
３６Ｇ ふくらみ部
３７、３８ スリップリング
４４ 軸受け収納部
５１、５２ ブラシ
５３ ブラシホルダ

Claims (4)

1. 回転駆動される回転子と、前記回転子と対向配置された固定子と、前記回転子を軸受けを介して支持するフレームと、前記回転子の磁極の軸方向端面に配置されて前記回転子とともに回転する冷却ファンと、前記冷却ファンの内周において円環形状で軸方向に延びる円環部とを備える車両用交流発電機において、
   前記円環部は、前記軸受けを保持する円環形状の軸受け収納部よりも大径で、かつ、前記回転子の軸方向に沿って重複しており、外径方向に複数の凸部が一体形成されている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、
   前記凸部は、前記円環部の一部に形成されたスリットの隣接片を切り起こすことで形成されたサブファンであることを特徴とする車両用交流発電機。
3. 請求項１において、
   前記凸部は、前記円環部の連続した円筒面を外径側に突出させたふくらみ部であることを特徴とする車両用交流発電機。
4. 請求項２または３において、
   前記円環部の軸方向端部近傍に、前記凸部の最外径部が配置されていることを特徴とする車両用交流発電機。

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