JP2011234555A - 車両用交流発電機の配設構造 - Google Patents

Abstract

【課題】メンテナンスが容易で、エンジンにおける変速機の周辺を小型化することができる車両用交流発電機の配設構造を提供すること。
【解決手段】車両用交流発電機１の配設構造は、アウターロータ２及びステータ３を備えた交流発電機１を車両のエンジン８におけるクランクシャフト８２の回転を受けて動作させるよう構成されている。アウターロータ２は、クランクシャフト８２に対して取り付けた円筒形状のボス部２１と、磁界形成部２４Ｎ、２４Ｓを周方向Ｃに配列するよう、ボス部２１と同一軸心状に立設した円筒形状の外周ヨーク部２３と、外周ヨーク部２３とボス部２１とを連結する連結部２２とを有している。アウターロータ２における外周ヨーク部２３の外周には、クランクシャフト８２の回転によって車両における補機類を駆動するためのベルト５を掛け渡すプーリ部２５が設けてある。
【選択図】図１

Description

本発明は、単相又は複数相の交流発電を行うよう構成した車両用交流発電機の配設構造に関する。

二輪自動車等に用いる車両用交流発電機は、Ｎ極及びＳ極の永久磁石を周方向に交互に複数配列して構成したアウターロータと、アウターロータの内周側に配置され、コイルを巻回したポールを周方向に複数配列して構成したステータとを有している。そして、エンジンのクランクシャフトの回転を受けてアウターロータが回転する際には、複数のポールに対して、Ｎ極の永久磁石による磁界とＳ極の永久磁石による磁界とが繰り返し交互に対向配置されることによって、複数のポールに巻回したコイルに交流電圧の発電を行っている。

例えば、特許文献１においては、カップ状のヨークの内周に永久磁石を固定してなるロータと、固定子鉄心に発電コイルを巻回してなるステータとを有し、ヨークの筒部に径方向に貫通する貫通孔を形成してなる磁石式発電機が開示されている。この磁石式発電機においては、ステータにおける発電コイルの部分の周辺に存在する空気を、貫通口からロータの外部へ引き出し、発電コイルの部分の放熱を良好に行っている。

特開２００１−１１９９１１号公報

ところで、四輪自動車等に用いる小型の交流発電機は、ほとんどがクランクシャフトに対する変速機側に配設されている。その理由は、クランクシャフトに対する変速機側と反対側には、クランクシャフトの回転を利用して車両における種々の補機類を駆動するためのプーリが配設されているためである。
しかしながら、交流発電機が変速機側に存在するとメンテナンス性が悪い。そこで、交流発電機を変速機側と反対側に配設することが考えられるが、プーリとの干渉を避けて配設する必要があり、交流発電機を配設する構造に更なる工夫が必要とされる。

本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、メンテナンスが容易で、エンジンにおける変速機の周辺を小型化することができる車両用交流発電機の配設構造を提供しようとするものである。

本発明は、Ｎ極の磁界形成部とＳ極の磁界形成部とを周方向に交互に複数配列してなるアウターロータと、該アウターロータの内周側に配置され、コイルの巻回を行ったポールを放射状に複数配列してなるステータとを有し、
上記各ポールに対して、上記Ｎ極の磁界形成部と上記Ｓ極の磁界形成部とが交互に対向配置されることによって、単相又は複数相の交流発電を行うよう構成した車両用交流発電機を車両のエンジンにおけるクランクシャフトの回転を受けて動作させる構造において、
上記アウターロータは、上記クランクシャフトに対して連結した円筒形状のボス部と、上記磁界形成部を周方向に配列するよう、上記ボス部と同一軸心状に立設した円筒形状の外周ヨーク部と、該外周ヨーク部と上記ボス部とを連結する連結部とを有しており、
上記外周ヨーク部の外周には、上記クランクシャフトの回転によって上記車両における補機類を駆動するためのベルトを掛け渡すプーリ部が設けてあることを特徴とする車両用交流発電機の配設構造にある（請求項１）。

本発明の車両用交流発電機の配設構造においては、アウターロータにおける外周ヨーク部の外周にプーリ部を設けており、このプーリ部に、クランクシャフトの回転によって車両における補機類を駆動するベルトを掛け渡している。つまり、本発明においては、交流発電機のアウターロータにプーリ部を一体化している。
これにより、交流発電機がエンジンの端部に取り付いており、交流発電機のメンテナンスを行う際には、アウターロータ及びベルトを取り外して、このメンテナンスを容易に行うことができる。また、アウターロータとプーリ部とを一体化したことにより、エンジンにおける変速機の周辺を小型化することができる。

実施例１における、車両用交流発電機を示す断面説明図。 実施例１における、車両用交流発電機をクランクシャフトの軸方向から見た状態で示す説明図。 実施例１における、アウターロータをクランクシャフトの軸方向から見た状態で示す説明図。 実施例２における、アウターロータをクランクシャフトの軸方向から見た状態で示す説明図。 実施例２における、他の車両用交流発電機を示す断面説明図。 実施例２における、他のアウターロータをクランクシャフトの軸方向から見た状態で示す説明図。

上述した本発明の車両用交流発電機の配設構造における好ましい実施の形態につき説明する。
本発明において、上記クランクシャフトの回転を受けて動作する補機類としては、例えば、電動パワーステアリング、エアコンのコンプレッサ、ウォータポンプ等がある。

また、上記ベルトは、上記プーリ部と接触する内周面において、複数のＶ形状山部を並列に形成してなり、上記プーリ部は、その外周面において、上記Ｖ形状山部の形状に対応した複数のＶ形状溝部を並列に形成してなり、上記磁界形成部は、上記外周ヨーク部の内周面に配設した永久磁石からなり、上記アウターロータが回転する際に、上記複数のＶ形状溝部が上記Ｖ形状山部と接触していない部分によって、上記永久磁石が空冷されるよう構成してあることが好ましい（請求項２）。
この場合には、アウターロータが回転する際に、アウターロータにおける永久磁石を効果的に空冷することができ、温度が上昇すると磁力が低減する熱減磁の発生を抑制することができる。

また、上記アウターロータは、上記連結部を上記シリンダブロック側と反対側に配置し、上記ボス部と上記外周ヨーク部とを上記シリンダブロック側に向けて立設してなり、上記連結部には、上記アウターロータが回転する際に上記ステータに向けて空気を送り込むための冷却口が周方向に複数配列して設けてあることが好ましい（請求項３）。
この場合には、アウターロータが回転する際に、その連結部に設けた冷却口からステータに向けて空気を送り込むことにより、コイルの発熱によって加熱されるステータを効果的に冷却することができる。

また、上記冷却口は、上記連結部において周方向に複数配列してなる冷却フィン同士の間の隙間によって形成してあることが好ましい（請求項４）。
この場合には、アウターロータが回転する際に、複数の冷却フィンによってステータに向けて強制的に空気を送り込み、ステータの冷却効果を向上させることができる。

また、上記プーリ部は、上記複数のＶ形状溝部に対する軸方向の両側において径方向に突出した肩部を有しており、該肩部には、放熱面積を拡大するよう径方向内方に陥没する凹部を周方向に複数配列して設けることができる（請求項５）。
この場合には、複数の凹部の形成によって、アウターロータの放熱面積を大きくすることができ、アウターロータにおける永久磁石等の磁界形成部の冷却効果を向上させることができる。

また、上記肩部においては、一定の周方向幅を有する上記複数の凹部が周方向に一定のピッチで並ぶ周方向一般部と、上記複数の凹部のいずれかにおいて上記周方向幅又は上記ピッチが上記周方向一般部と異なる周方向特定部とが形成してあり、上記エンジンにおいて上記肩部に対向して配設したセンサが上記周方向特定部を検出することにより、上記クランクシャフトの回転位置を検出するよう構成することができる（請求項６）。
この場合には、アウターロータに、クランクシャフトの回転位置を検出する機能を具備させることができる。
なお、上記周方向特定部は、上記複数の凹部のうち互いに隣接する凹部同士の間のピッチを上記一定のピッチと異ならせて形成することができ、また、上記複数の凹部のうちいずれかの凹部の周方向幅を残りの凹部の周方向幅と異ならせて形成することもできる。

また、上記アウターロータにおける上記連結部又は該連結部と上記外周ヨーク部との間には、ダンパーゴムを配設することができる（請求項７）。
この場合には、ダンパーゴムによってクランクシャフトのねじり振動を減衰させると共に、ダンパーゴムが磁界形成部とプーリ部との間に位置して、磁界形成部を冷却するためのアウターロータの熱伝導率の低下を回避することができる。

以下に、本発明の車両用交流発電機の配設構造に係る実施例につき、図面を参照して説明する。
（実施例１）
本例の車両用交流発電機１は、図１、図２に示すごとく、Ｎ極の磁界形成部２４ＮとＳ極の磁界形成部２４Ｓとを周方向Ｃに交互に複数配列してなるアウターロータ２と、アウターロータ２の内周側に配置され、コイル４の巻回を行ったポール３０を放射状に複数配列してなるステータ３とを有し、各ポール３０に対して、Ｎ極の磁界形成部２４ＮとＳ極の磁界形成部２４Ｓとが交互に対向配置されることによって、単相の交流発電を行うよう構成されている。そして、車両用交流発電機１の配設構造は、車両用交流発電機１を車両のエンジン８におけるクランクシャフト８２の回転を受けて動作させるよう構成されている。

本例のアウターロータ２は、図３に示すごとく、クランクシャフト８２に対して連結した円筒形状のボス部２１と、磁界形成部２４Ｎ、２４Ｓを周方向Ｃに配列するようボス部２１と同一軸心状に立設した円筒形状の外周ヨーク部２３と、外周ヨーク部２３とボス部２１とを連結する連結部２２とを有している。アウターロータ２における外周ヨーク部２３の外周には、図１に示すごとく、クランクシャフト８２の回転によって車両における補機類を駆動するためのベルト５を掛け渡すプーリ部２５が設けてある。

以下に、本例の車両用交流発電機１の配設構造につき、図１〜図３を参照して詳説する。
図１、図２に示すごとく、本例の交流発電機１は、単相磁石式交流発電機であり、エンジン８の回転を受けて発電を行い、発電を行った電力をバッテリーへ充電するよう構成されている。
クランクシャフト８２の回転を受けて動作する補機類としては、電動パワーステアリング、エアコンのコンプレッサ、ウォータポンプ等がある。
本例のアウターロータ２は、ボス部２１によってエンジン８のクランクシャフト８２の端部に連結されており、エンジン８の回転を受けて回転するよう構成されている。本例の交流発電機１は、エンジン８に対する変速機側でなくプーリ側に配設されている。

本例のアウターロータ２は、ボス部２１と外周ヨーク部２３とに対して、連結部２２をシリンダブロック８１側と反対側に配置してクランクシャフト８２に連結されている。連結部２２には、アウターロータ２が回転する際にステータ３に向けて空気を送り込むための冷却口２２１が周方向Ｃに複数配列して設けてある。
本例の連結部２２は、周方向Ｃに複数配列してなる冷却フィン２２によって形成してあり、本例の冷却口２２１は、冷却フィン２２同士の間の隙間によって形成してある。そして、アウターロータ２が回転する際には、複数の冷却フィン２２によってステータ３に向けて強制的に空気を送り込み、ステータ３の冷却効果を向上させることができる。

連結部２２に設ける冷却口２２１は、複数の冷却フィン２２同士の間の隙間によって形成する以外にも、連結部２２の周方向Ｃに等間隔に配列する円形状、楕円形状等の穴によって形成することもできる。また、連結部２２に設ける冷却口２２１は、例えば、図５に示すごとく、クロス形状に形成した連結部２２の残部としての穴２２１によって形成することもできる。
また、アウターロータ２の外周ヨーク部２３の内周側には、Ｎ極の磁界形成部２４Ｎを構成する永久磁石とＳ極の磁界形成部２４Ｓを構成する永久磁石とが周方向Ｃに一定間隔で交互に配設されている。

図１に示すごとく、本例のベルト５は、プーリ部２５と接触する内周面５１において、複数のＶ形状山部５２を幅方向に並列に形成してなるＶベルトである。本例のプーリ部２５は、その外周面において、Ｖ形状山部５２の形状に対応した複数のＶ形状溝部２５１を幅方向に並列に形成してなる。
本例の磁界形成部２４Ｎ、２４Ｓとしての永久磁石は、外周ヨーク部２３の内周面に配設されている。そして、本例の交流発電機１においては、アウターロータ２が回転する際に、複数のＶ形状溝部２５１がＶ形状山部５２と接触していない部分によって、磁界形成部２４Ｎ、２４Ｓとしての永久磁石が空冷されるよう構成されている。上記複数のＶ形状溝部２５１を形成した構成及び外周ヨーク部２３の内周面５１に永久磁石を配設した構成により、アウターロータ２が回転する際に、アウターロータ２における永久磁石を効果的に空冷することができ、温度が上昇すると磁力が低減する熱減磁の発生を抑制することができる。
また、プーリ部２５は、ベルト５が外れることを防止するために、複数のＶ形状溝部２５１に対する軸方向の両側において径方向に突出した肩部２５２を有している。

図１、図２に示すごとく、ステータ３は、軟磁性材料からなる中心コア部３１の回りに複数のポールコア部３２を周方向Ｃに配列してなるステータコア３Ａを用いて構成されている。そして、ステータ３における複数のポール３０は、各ポールコア部３２に対して装着した絶縁性樹脂からなるボビン３３の外周に、コイル４を巻回して形成されている。また、コイル４は、絶縁被膜を設けた銅線等の導体であるマグネットワイヤによって構成されている。
ステータ３は、マグネットワイヤを右巻きに巻回する右巻きポール３０と、マグネットワイヤを左巻きに巻回する左巻きポール３０とを周方向Ｃに交互に配置して構成されている。各右巻きポール３０及び左巻きポール３０には、マグネットワイヤを連続して巻回することができる。
ステータ３は、エンジン８においてクランクシャフト８２を回転可能に配設してなるシリンダブロック８１にボルト等の固定具３４によって固定しておくことができる。

本例の車両用交流発電機１の配設構造においては、アウターロータ２における外周ヨーク部２３の外周にプーリ部２５を設けており、このプーリ部２５に、クランクシャフト８２の回転によって車両における補機類を駆動するベルト５を掛け渡している。つまり、交流発電機１のアウターロータ２にプーリ部２５を一体化している。
これにより、交流発電機１がエンジン８における補機類駆動側の端部に取り付いており、交流発電機１のメンテナンスを行う際には、アウターロータ２及びベルト５を取り外して、このメンテナンスを容易に行うことができる。また、アウターロータ２とプーリ部２５とを一体化したことにより、エンジン８における変速機の周辺を小型化することができる。

（実施例２）
本例は、車両用交流発電機１のアウターロータ２に対して、種々の工夫を行ったバリエーションを示す例である。
図４に示すごとく、アウターロータ２の外周ヨーク部２３におけるプーリ部２５の肩部２５２には、放熱面積を拡大するよう径方向内方に陥没する凹部２５３を周方向Ｃに複数配列して設けることができる。この場合には、複数の凹部２５３の形成によって、アウターロータ２の放熱面積を大きくすることができ、アウターロータ２における永久磁石等の磁界形成部２４Ｎ、２４Ｓの冷却効果を向上させることができる。

また、同図に示すごとく、プーリ部２５の肩部２５２において複数の凹部２５３を形成する場合には、肩部２５２には、一定の周方向幅を有する複数の凹部２５３及び凸部２５４が周方向Ｃに一定のピッチで並ぶ周方向一般部６０１と、複数の凹部２５３のいずれかにおいて周方向幅又はピッチが周方向一般部６０１とは異なる周方向特定部６０２とを形成することができる。そして、エンジン８のシリンダブロック８１には、肩部２５２に対向して回転位置検出センサ６を配設し、この回転位置出センサ６によって周方向特定部６０２を検出することにより、クランクシャフト８２の回転位置を検出することができる。周方向特定部６０２は、例えば、プーリ部２５の肩部２５２において、同形状の複数の凹部２５３を等間隔に配分して形成する際に、いずれか１つの凹部２５３を形成せずに周方向幅が長い凸部２５４Ａを形成して構成することができる。この場合には、アウターロータ２に、クランクシャフト８２の回転位置を検出する機能を具備させることができる。

また、図５、図６に示すごとく、アウターロータ２における連結部２２と外周ヨーク部２３との間には、ダンパーゴム３５を配設することができる。ダンパーゴム３５は、連結部２２の形状に合わせて、部分的又は全周に配置することができる。この場合には、ダンパーゴム３５によってクランクシャフト８２のねじり振動を減衰させると共に、ダンパーゴム３５を配設する位置を、磁界形成部２４Ｎ、２４Ｓと複数のＶ形状溝部２５１との間の位置から外すことにより、磁界形成部２４Ｎ、２４Ｓを冷却するためのプーリ部２５の熱伝導率の低下を回避することができる。
本例においても、その他の構成は上記実施例１と同様であり、上記実施例１と同様の作用効果を得ることができる。

１ 車両用交流発電機
２ アウターロータ
２１ ボス部
２２ 連結部（冷却フィン）
２２１ 冷却口
２３ 外周ヨーク部
２４Ｎ Ｎ極の磁界形成部
２４Ｓ Ｓ極の磁界形成部
２５ プーリ部
２５１ Ｖ形状溝部
２５２ 肩部
２５３ 凹部
３ ステータ
３０ ポール
４ コイル
５ ベルト
５２ Ｖ形状山部
６ センサ
Ｃ 周方向
８ エンジン
８１ シリンダブロック
８２ クランクシャフト

Claims (7)

1. Ｎ極の磁界形成部とＳ極の磁界形成部とを周方向に交互に複数配列してなるアウターロータと、該アウターロータの内周側に配置され、コイルの巻回を行ったポールを放射状に複数配列してなるステータとを有し、
   上記各ポールに対して、上記Ｎ極の磁界形成部と上記Ｓ極の磁界形成部とが交互に対向配置されることによって、単相又は複数相の交流発電を行うよう構成した車両用交流発電機を車両のエンジンにおけるクランクシャフトの回転を受けて動作させる構造において、
   上記アウターロータは、上記クランクシャフトに対して連結した円筒形状のボス部と、上記磁界形成部を周方向に配列するよう上記ボス部と同一軸心状に立設した円筒形状の外周ヨーク部と、該外周ヨーク部と上記ボス部とを連結する連結部とを有しており、
   上記外周ヨーク部の外周には、上記クランクシャフトの回転によって上記車両における補機類を駆動するためのベルトを掛け渡すプーリ部が設けてあることを特徴とする車両用交流発電機の配設構造。
2. 請求項１に記載の車両用交流発電機の配設構造において、上記ベルトは、上記プーリ部と接触する内周面において、複数のＶ形状山部を並列に形成してなり、
   上記プーリ部は、その外周面において、上記Ｖ形状山部の形状に対応した複数のＶ形状溝部を並列に形成してなり、
   上記磁界形成部は、上記外周ヨーク部の内周面に配設した永久磁石からなり、
   上記アウターロータが回転する際に、上記複数のＶ形状溝部が上記Ｖ形状山部と接触していない部分によって、上記永久磁石が空冷されるよう構成してあることを特徴とする車両用交流発電機の配設構造。
3. 請求項１又は２に記載の車両用交流発電機の配設構造において、上記アウターロータは、上記連結部を上記シリンダブロック側と反対側に配置してなり、
   上記連結部には、上記アウターロータが回転する際に上記ステータに向けて空気を送り込むための冷却口が周方向に複数配列して設けてあることを特徴とする車両用交流発電機の配設構造。
4. 請求項３に記載の車両用交流発電機の配設構造において、上記冷却口は、上記連結部において周方向に複数配列してなる冷却フィン同士の間の隙間によって形成してあることを特徴とする車両用交流発電機の配設構造。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の車両用交流発電機の配設構造において、上記プーリ部は、上記複数のＶ形状溝部に対する軸方向の両側において径方向に突出した肩部を有しており、
   該肩部には、放熱面積を拡大するよう径方向内方に陥没する凹部が周方向に複数配列して設けてあることを特徴とする車両用交流発電機の配設構造。
6. 請求項５に記載の車両用交流発電機の配設構造において、上記肩部においては、一定の周方向幅を有する上記複数の凹部が周方向に一定のピッチで並ぶ周方向一般部と、上記複数の凹部のいずれかにおいて上記周方向幅又は上記ピッチが上記周方向一般部と異なる周方向特定部とが形成してあり、
   上記エンジンにおいて上記肩部に対向して配設したセンサが上記周方向特定部を検出することにより、上記クランクシャフトの回転位置を検出するよう構成してあることを特徴とする車両用交流発電機の配設構造。
7. 請求項１〜６のいずれか一項に記載の車両用交流発電機の配設構造において、上記アウターロータにおける上記連結部又は該連結部と上記外周ヨーク部との間には、ダンパーゴムが配設してあることを特徴とする車両用交流発電機の配設構造。

Images