JP2012039694A - 回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】フレームの冷却性能の向上を図ることができる回転電機を得る。
【解決手段】車両用交流発電機本体は、軸線を中心に回転されるロータ２と、ロータ２の径方向外側の位置に配置されたステータ３とを有している。ロータ２及びステータ３は、フロント側フレーム１３及びリア側フレーム１４により支持されている。ロータ２には、ロータ２と一体に回転されることにより冷却風を発生する冷却ファン５が設けられている。冷却ファン５は、フロント側フレーム１３で覆われている。フロント側フレーム１３は、冷却ファン５の径方向外側の位置で互いに間隔を置いて配置された複数のリブ２４を有している。フロント側フレーム１３には、各リブ２４で仕切られ冷却風を通す排気口２６が形成されている。リブ２４の冷却ファン５側の面には、フロント側フレーム１３の周方向に沿った複数の導風溝２７が設けられている。
【選択図】図１

Description

この発明は、ロータと一体に回転される冷却ファンを有する回転電機に関するものである。

従来、ロータを支持するフレームを冷却するために、ロータと一体に回転される冷却ファンをフレームで覆い、冷却ファンの回転によって生じる冷却風をフレームに通すようにした車両用交流発電機が知られている。従来の車両用交流発電機では、ロータの軸線方向について冷却ファンに対向する吸入窓と、冷却ファンの径方向外側に位置する排出窓とがフレームに設けられている。冷却ファンの回転によって生じる冷却風は、吸入窓から発電機内に吸入され、排出窓から発電機外へ排出される。

従来、冷却ファンによる騒音を抑制するために、吸入窓を区画する複数のスポークの周方向側面に凹凸を設けて、冷却ファンとフレームとの間での圧力変動を抑制するようにした車両用交流発電機が提案されている（例えば特許文献１参照）。

特開２００７−６０８７５号公報

しかし、従来の車両用交流発電機では、各スポークの周方向側面に凹凸が設けられているので、吸入窓を通る冷却風に対するスポークの抵抗が凹凸によって増大してしまう。また、各スポークに当たった冷却風がスポークの凹凸によってスポークの裏面でスポークから剥離しやすくなり、冷却風とスポークとの間で十分な熱交換をすることができなくなってしまう。このことから、従来の車両用交流発電機では、フレームの冷却性能の向上を図ることができなくなってしまう。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、フレームの冷却性能の向上を図ることができる回転電機を得ることを目的とする。

この発明に係る回転電機は、軸線を中心に回転されるロータと、ロータの径方向外側の位置に配置されたステータとを有する回転電機本体、回転電機本体を支持するフレーム、及びロータに設けられているとともにフレームで覆われ、ロータと一体に回転されることにより冷却風を発生する冷却ファンを備え、フレームは、冷却ファンの径方向外側の位置で互いに間隔を置いて配置された複数のリブを有し、フレームには、各リブで仕切られ冷却風を通す排気口が形成されており、リブの冷却ファン側の面には、フレームの周方向に沿った複数の導風溝が設けられている。

この発明に係る回転電機では、フレームのリブが冷却ファンの径方向外側の位置で互いに間隔を置いて配置され、リブの冷却ファン側の面には、フレームの周方向に沿った複数の導風溝が設けられているので、冷却ファンから径方向外側へ送られた冷却風を導風溝の案内によりフレームの周方向へ導くことができる。冷却ファンからの冷却風の速度は径方向成分よりも周方向成分が大きいため、冷却風がフレームの周方向へ導かれることにより、リブに対して剥離しにくくなる。また、導風溝がリブに設けられることにより、リブの内面における表面積も増加させることができる。これにより、冷却風とフレームとの間での熱交換量を増加させることができ、フレームの冷却性能の向上を図ることができる。

この発明の実施の形態１による車両用交流発電機を示す断面図である。 図１のケースの外側から見たときのフロント側フレームを示す斜視図である。 図１のケースの内側から見たときの冷却ファン及びフロント側フレームを示す斜視図である。 図１の冷却ファン及びフロント側フレームの要部を示す模式的な断面図である。 この発明の実施の形態２による車両用交流発電機の要部を示す模式的な断面図である。 この発明の実施の形態３による車両用交流発電機の要部を示す模式的な断面図である。 この発明の実施の形態３による車両用交流発電機の他の例の要部を示す模式的な断面図である。 この発明の実施の形態４による車両用交流発電機の要部を示す模式的な断面図である。 この発明の実施の形態５による車両用交流発電機の要部を示す模式的な断面図である。 この発明の実施の形態６による車両用交流発電電動機を示す側断面図である。 図１０のロータを示す斜視図である。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による車両用交流発電機を示す断面図である。図において、車両用交流発電機（回転電機）１は、軸線を中心に回転されるロータ２と、ロータ２の径方向外側の位置に配置され、ロータ２の外周を囲む筒状のステータ３と、ロータ２及びステータ３を支持するケース４と、ロータ２に設けられ、ロータ２と一体に回転されることにより冷却風を発生する冷却ファン５と、ケース４内に設けられ、ロータ２への給電を行うためのブラシ装置６とを有している。なお、ロータ２及びステータ３は、発電機本体（回転電機本体）を構成している。

ロータ２は、ロータ２の軸線上に配置された回転軸７と、回転軸７に設けられ、ケース４内に収容されたロータ本体８とを有している。ロータ本体８は、ブラシ装置６からの給電により磁束を発生する界磁コイル９と、界磁コイル９が設けられ、界磁コイル９が発生する磁束により磁極が形成されるポールコア１０とを有している。

ステータ３は、ケース４内に固定されている。また、ステータ３は、ロータ本体８を囲む円筒状の固定子鉄心１１と、固定子鉄心１１に設けられ、ロータ２の回転に伴って界磁コイル９からの磁束が変化することにより交流起電力が生じる固定子コイル１２とを有している。なお、ケース４内には、ステータ３で生じた交流電流を直流電流に整流する整流器や、ステータ３で生じた交流電圧の大きさを調整する電圧調整器等が設けられている。

ケース４は、それぞれ略椀形状とされたアルミニウム製のフロント側フレーム１３及びリア側フレーム１４により構成されている。フロント側フレーム１３及びリア側フレーム１４は、それぞれの開口部同士を合わせた状態で、図示しない複数本のボルトによって互いに固定されている。フロント側フレーム１３及びリア側フレーム１４のそれぞれは、ロータ２の軸線方向についてロータ２及びステータ３に対向している。

回転軸７は、フロント側フレーム１３及びリア側フレーム１４のそれぞれの中心を貫通している。また、回転軸７は、フロント側フレーム１３及びリア側フレーム１４のそれぞれに軸受１５を介して回転自在に支持されている。

冷却ファン５は、ロータ本体８の軸線方向両端面にそれぞれ固定されている。従って、ロータ本体８の一方の端面に固定された冷却ファン５はフロント側フレーム１３で覆われ、ロータ本体８の他方の端面に固定された冷却ファン５はリア側フレーム１４で覆われている。

ブラシ装置６は、回転軸７のリア側の部分に固定された一対のスリップリング１６と、ケース４内に設けられ、各スリップリング１６に個別に接触する一対のブラシ１７とを有している。回転軸７が回転しているときには、各スリップリング１６が各ブラシ１７に摺動しながら回転軸７の軸線を中心として回転する。

なお、フロント側フレーム１３からケース４外へ突出する回転軸７の端部には、動力を伝達するための伝達ベルト（図示せず）が巻き掛けられるプーリ１８が固定されている。

図２は、図１のケース４の外側から見たときのフロント側フレーム１３を示す斜視図である。また、図３は、図１のケース４の内側から見たときの冷却ファン５及びフロント側フレーム１３を示す斜視図である。図において、フロント側フレーム１３は、ロータ２と同軸に配置された環状の外枠部１９と、外枠部１９と同軸に配置され、かつロータ２の軸線方向について外枠部１９よりもロータ本体８から離れた位置に配置された環状の中間枠部２０と、回転軸７が通される貫通孔２１が設けられ、中間枠部２０の内側の位置に配置されたボス部２２と、中間枠部２０及びボス部２２間に繋がれた複数のスポーク２３と、外枠部１９及び中間枠部２０間に繋がれた複数のリブ２４とを有している。

フロント側フレーム１３は、外枠部１９がリア側フレーム１４に接触した状態でリア側フレーム１４に固定されている。外枠部１９の内周部には、図３に示すように、固定子鉄心１１が嵌る段差部１９ａが設けられている。

各スポーク２３は、ロータ２の軸線方向について冷却ファン５に対向する位置に配置されている。また、各スポーク２３は、フロント側フレーム１３の径方向に沿ってそれぞれ配置され、かつフロント側フレーム１３の周方向へ互いに間隔を置いて配置されている。これにより、フロント側フレーム１３における中間枠部２０とボス部２２との間の位置には、各スポーク２３で仕切られた複数の吸気口２５が形成されている。

各リブ２４は、冷却ファン５の径方向外側の位置に配置されている。また、各リブ２４は、フロント側フレーム１３の周方向へ互いに間隔を置いて配置されている。これにより、フロント側フレーム１３における外枠部１９と中間枠部２０との間の位置には、各リブ２４で仕切られた複数の排気口２６が形成されている。

冷却ファン５の回転により生じた冷却風は、ケース４外から各吸気口２５を通ってケース４内へ送られる。各吸気口２５を通ってケース４内へ送られた冷却風は、ケース４内でフロント側フレーム１３の径方向外側へ流れた後、各排気口２６を通ってケース４外へ排出される。冷却風は、フロント側フレーム１３に接触しながら流れることにより、フロント側フレーム１３との間で熱交換を行う。フロント側フレーム１３は、冷却風との間での熱交換により冷却される。

冷却ファン５の径方向外側の位置における冷却風の速度は、冷却ファン５の回転により、フロント側フレーム１３の径方向についての成分（径方向成分）だけでなく、フロント側フレーム１３の周方向についての成分（周方向成分）も持っている。冷却風の速度の周方向成分は、冷却ファン５から受けた回転方向のエネルギの影響が大きいため、冷却風の速度の径方向成分よりも大きくなることが多い。

各リブ２４の冷却ファン５側の面（各リブ２４の内面）には、フロント側フレーム１３の周方向に沿った複数の導風溝２７がロータ２の軸線方向について並べて設けられている。冷却ファン５から径方向外側へ送られた冷却風は、各導風溝２７に案内されながらフロント側フレーム１３の周方向へ導かれた後、各排気口２６を通ってケース４外へ排出される。

図４は、図１の冷却ファン５及びフロント側フレーム１３の要部を示す模式的な断面図である。各リブ２４の内面の一部は、フロント側フレーム１３の径方向に沿った直線に対して垂直な軸平行面とされている。各導風溝２７は、リブ２４の軸平行面に設けられている。

各導風溝２７の内面は、導風溝２７の深さ方向下端部で交わることにより導風溝２７の長さ方向に沿った線を形成する一対の溝側面２７ａ，２７ｂにより構成されている。各溝側面２７ａ，２７ｂは、導風溝２７の幅方向に沿った直線に垂直な平面に対して互いに逆方向へ傾斜している。これにより、各導風溝２７の幅寸法（即ち、各溝側面２７ａ，２７ｂ間の距離）は、導風溝２７の深さ方向上端部から深さ方向下端部に向かって連続的に小さくなっている。即ち、各導風溝２７内の断面形状は、導風溝２７の深さ方向上端部で導風溝２７の幅方向に沿って各溝側面２７ａ，２７ｂ間を結ぶ線分を底辺とし、導風溝２７の深さ方向下端部で各溝側面２７ａ，２７ｂが交わる点を頂点とする三角形となっている。

この例では、各導風溝２７が隙間なく並んでおり、図４に示すように、各溝側面２７ａ，２７ｂが交互に連続している。即ち、リブ２４の冷却ファン５側の部分の形状は、鋸歯状となっている。

ここで、各溝側面２７ａ，２７ｂ間の距離が小さくなると、冷却風に対する抵抗が大きくなるので、冷却風が導風溝２７内を流れにくくなる。これにより、各導風溝２７内を流れる冷却風の流速が低下し、冷却風とリブ２４との間での熱交換量が低下してしまう。このことから、冷却風とリブ２４との間での熱交換量の低下を抑制するために、溝側面２７ａと溝側面２７ｂとがなす角度θは、３０度以上とするのが望ましい。

次に、フロント側フレーム１３の製造方法について説明する。まず、例えば砂型鋳造やアルミダイキャスト等の鋳造により概略形状のフレームを成型する。即ち、フレームの軸線に垂直な平面を分割面とする２つの分割型同士を合わせた鋳型内に溶融金属（この例では、溶融アルミニウム）を流し込み、金属が固まった後に各分割型をそれぞれ外して、概略形状のフレームを成型する。

この後、概略形状のフレームの内面を例えば旋盤等によって切削加工することにより、複数の導風溝２７をフレームの内面に形成する。これにより、フロント側フレーム１３が完成する。

このような車両用交流発電機では、フロント側フレーム１３の各リブ２４が冷却ファン５の径方向外側の位置で互いに間隔を置いて配置され、リブ２４の冷却ファン５側の面には、フロント側フレーム１３の周方向に沿った複数の導風溝２７が設けられているので、冷却ファン５から径方向外側へ送られた冷却風を各導風溝２７の案内によりフロント側フレーム１３の周方向へ導くことができる。冷却ファン５からの冷却風の速度は径方向成分よりも周方向成分が大きいため、冷却風がフロント側フレーム１３の周方向へ導かれることにより、各リブ２４に対して剥離しにくくなる。また、各導風溝２７がリブ２４に設けられることにより、各リブ２４の内面における表面積も増加させることができる。これにより、冷却風とフロント側フレーム１３との間での熱交換量を増加させることができ、フロント側フレーム１３の冷却性能の向上を図ることができる。

なお、上記の例では、導風溝２７の断面において導風溝２７の深さ方向下端部に頂点が形成されるように各溝側面２７ａ，２７ｂが交わっているが、導風溝２７の深さ方向下端部で各溝側面２７ａ，２７ｂが交わる部分を曲面としてもよい。このようにすれば、導風溝２７の深さ方向下端部において各溝側面２７ａ，２７ｂ間の距離が小さくなる領域を少なくすることができ、導風溝２７内を流れる冷却風の速度の低下をさらに抑制することができる。

実施の形態２．
実施の形態１では、導風溝２７内の断面形状が三角形とされているが、導風溝２７内の断面形状を四角形としてもよい。

即ち、図５は、この発明の実施の形態２による車両用交流発電機の要部を示す模式的な断面図である。図において、各導風溝２７の内面は、導風溝２７の幅方向について対向する一対の溝側面２７ａ，２７ｂと、導風溝２７の深さ方向下端部に位置する溝底面２７ｃとにより構成されている。各溝側面２７ａ，２７ｂはロータ２の軸線に対して垂直な面とされ、溝底面２７ｃはロータ２の軸線に沿った面とされている。即ち、各導風溝２７の断面形状は四角形（矩形）とされている。各導風溝２７は、ロータ２の軸線方向へ互いに所定の間隔を置いて配置されている。

ここで、導風溝２７の深さ寸法ｄを大きくすると、リブ２４の内面における表面積を大きくすることができるが、導風溝２７の深さ寸法ｄが導風溝２７の幅寸法ｗに対して極端に大きくなると、冷却風に対する抵抗が大きくなり、冷却風が導風溝２７内を流れにくくなる。このことから、冷却風が導風溝２７内を流れやすくするために、導風溝２７の幅寸法ｗと導風溝２７の深さ寸法ｄとの比（ｗ／ｄ）を１／４以上とするのが望ましい。他の構成は実施の形態１と同様である。

このような構成であっても、各導風溝２７によって冷却風をフロント側フレーム１３の周方向へ導くことができるので、冷却風をリブ２４から剥離しにくくすることができるとともに、リブ２４の内面の表面積を大きくすることができる。従って、フロント側フレーム１３の冷却性能の向上を図ることができる。

また、導風溝２７内の断面形状が四角形とされているので、導風溝２７内の断面形状が三角形である場合に比べて、リブ２４の内面における表面積をさらに大きくすることができる。

なお、上記の例では、導風溝２７の断面において各溝側面２７ａ，２７ｂと溝底面２７ｃとが交わる部分に頂点が形成されているが、各溝側面２７ａ，２７ｂと溝底面２７ｃとが交わる部分を曲面としてもよい。このようにすれば、導風溝２７の深さ方向下端部の隅において冷却風に対する抵抗を低下させることができ、導風溝２７内を流れる冷却風の速度の低下をさらに抑制することができる。

実施の形態３．
実施の形態２では、導風溝２７内の断面形状が四角形とされているが、導風溝２７内の断面形状を半円形としてもよい。

即ち、図６は、この発明の実施の形態３による車両用交流発電機の要部を示す模式的な断面図である。図において、各導風溝２７の内面の断面形状は、円弧状となっている。この例では、各導風溝２７の内面の断面形状が半円（中心角が１８０度）の円弧とされている。これにより、導風溝２７の内面の円弧を形成する円の直径をＬとすると、リブ２４の内面における表面積は、導風溝２７がリブ２４の内面に設けられていない場合に比べて（π×Ｌ／２−Ｌ）だけ増加する。各導風溝２７は、ロータ２の軸線方向へ互いに所定の間隔を置いて配置されている。他の構成は実施の形態２と同様である。

このような構成であっても、各導風溝２７によって冷却風をフロント側フレーム１３の周方向へ導くことができるので、冷却風をリブ２４から剥離しにくくすることができるとともに、リブ２４の内面の表面積を大きくすることができる。従って、フロント側フレーム１３の冷却性能の向上を図ることができる。また、導風溝２７の内面の断面形状が円弧状となっているので、導風溝２７の内面全体を滑らかにすることができる。これにより、冷却風に対する抵抗をさらに低下させることができ、導風溝２７内を流れる冷却風の速度の低下をさらに抑制することができる。

なお、上記の例では、各導風溝２７が互いに所定の間隔を置いて配置されているが、図７に示すように、各導風溝２７を隙間なく並べて設けてもよい。

実施の形態４．
図８は、この発明の実施の形態４による車両用交流発電機の要部を示す模式的な断面図である。図において、各リブ２４の内面の一部は、ステータ３に近づくほどロータ２の軸線から離れる方向へロータ２の軸線に対して傾斜する軸傾斜面とされている。各導風溝２７は、リブ２４の軸傾斜面に設けられている。

各導風溝２７の内面は、ロータ２の軸線に垂直な第１の溝側面２７ａと、ロータ２の軸線に沿った第２の溝側面２７ｂとにより構成されている。従って、ロータ２の軸線方向に沿ってリブ２４の軸傾斜面を見たときには、各導風溝２７の内面の全てが隠れないで見えるように各導風溝２７がリブ２４に形成されている。この例では、第１の溝側面２７ａの幅寸法ｗ１が第２の溝側面２７ｂの幅寸法ｗ２よりも小さくされている。また、各導風溝２７は、リブ２４の軸傾斜面に隙間なく並べて設けられている。これにより、リブ２４の冷却ファン５側の部分の形状は、第１の溝側面２７ａ及び第２の溝側面２７ｂが交互に連続することにより階段状となっている。他の構成は実施の形態１と同様である。

次に、フロント側フレーム１３の製造方法について説明する。まず、フレームの軸線に垂直な平面を分割面とする２つの分割型同士を合わせた鋳型内に溶融金属（この例では、溶融アルミニウム）を流し込む。この後、鋳型内で金属が固まることにより、各リブ２４の内面に各導風溝２７が形成された状態で、フロント側フレーム１３が成型される。即ち、各導風溝２７は、フロント側フレーム１３の鋳造時に同時に成型される。この後、分割面に垂直な方向へ各分割型をそれぞれ外すことにより、フロント側フレーム１３が完成する。

この例では、各導風溝２７がリブ２４の軸傾斜面に形成され、ロータ２の軸線方向に沿ってリブ２４の軸傾斜面を見たときに、各導風溝２７同士が重ならずに各導風溝２７の内面の全てが隠れないで見えるようになっているので、リブ２４の内面に各導風溝２７を鋳造により成型するようにしても、分割型を外すときに分割型が各導風溝２７に引っ掛かることはない。

このような車両用交流発電機では、リブ２４の冷却ファン５側の面が、ステータ３に近づくほどロータ２の軸線から離れる方向へロータ２の軸線に対して傾斜する軸傾斜面を含み、各導風溝２７がリブ２４の軸傾斜面に設けられているので、リブ２４の内面の表面積をさらに大きくすることができる。これにより、フロント側フレーム１３の冷却性能の向上をさらに図ることができる。また、ロータ２の軸線方向に沿ってリブ２４の軸傾斜面を見たときに各導風溝２７が互いに重ならないように各導風溝２７を配置することができるので、リブ２４の内面に対する各導風溝２７の形成を鋳造によって行うようにしても、導風溝２７に引っ掛からずに分割型を外すことができる。従って、フロント側フレーム１３の鋳造時に各導風溝２７をまとめて成型することができ、鋳造とは別工程の切削加工によって各導風溝２７をリブ２４の内面に設ける手間をなくすことができる。これにより、フロント側フレーム１３の製造を容易にすることができる。

また、各導風溝２７の内面は、ロータ２の軸線に垂直な第１の溝側面２７ａと、ロータ２の軸線に沿った第２の溝側面２７ｂとにより構成されており、第１の溝側面２７ａと第２の溝側面２７ｂとが交互に連続することにより、リブ２４の冷却ファン５側の部分の形状が階段状となっているので、フロント側フレーム１３の冷却性能の向上を図ることができる。また、フロント側フレーム１３の鋳造時に各導風溝２７をまとめて成型することができ、各導風溝２７をリブ２４の内面に形成するために切削加工を行う必要がなくなるので、フロント側フレーム１３の製造を容易にすることができる。

なお、上記の例では、導風溝２７の断面において第１の溝側面２７ａと第２の溝側面２７ｂとが交わる部分に頂点が形成されているが、第１の溝側面２７ａと第２の溝側面２７ｂとが交わる部分を曲面としてもよい。

また、リブ２４の内面における軸傾斜面の位置を、冷却ファン５からの冷却風の量に応じて異なるようにしてもよい。ここで、冷却ファン５から径方向外側へ送られる冷却風は、その風量が多くなるほどステータ３に近い位置を流れる。従って、冷却ファン５によって流れる冷却風の量が多い場合には、リブ２４の軸傾斜面の位置をステータ３に近い位置とし、冷却ファン５によって流れる冷却風の量が少ない場合には、リブ２４の軸傾斜面の位置をステータ３から離れた位置とするようにしてもよい。

実施の形態５．
図９は、この発明の実施の形態５による車両用交流発電機の要部を示す模式的な断面図である。ロータ２の軸線に垂直な第１の溝側面２７ａには、導風溝２７の長さ方向に沿った複数の細溝３１が並べて設けられている。各細溝３１は、ロータ２の軸線方向に沿ってリブ２４の軸傾斜面を見たときに各細溝３１の内面の全てが隠れないで見えるようにリブ２４に形成されている。この例では、各細溝３１内の断面形状が三角形とされている。ロータ２の軸線に沿った第２の溝側面２７ｂは、滑らかな面とされている。他の構成は実施の形態４と同様である。

このように、導風溝２７の長さ方向に沿った複数の細溝３１が第１の溝側面２７ａに設けられているので、リブ２４の内面の表面積をさらに大きくすることができる。これにより、フロント側フレーム１３の冷却性能の向上をさらに図ることができる。また、ロータ２の軸線方向に沿ってリブ２４の軸傾斜面を見たときに細溝３１の内面の全てが隠れないように各細溝３１を第１の溝側面２７ａに設けることができるので、フロント側フレーム１３の鋳造時に各導風溝２７及び各細溝３１のそれぞれをまとめて成型することができる。これにより、フロント側フレーム１３の製造を容易にすることができる。

なお、上記の例では、各細溝３１内の断面形状が三角形とされているが、これに限定されず、各細溝３１内の断面形状を例えば四角形や半円形等としてもよい。

また、上記の例では、複数の細溝３１が第１の溝側面２７ａにのみ設けられているが、第１の溝側面２７ａ及び第２の溝側面２７ｂのそれぞれに複数の細溝３１を設けてもよい。このようにすれば、リブ２４の内面の表面積をさらに大きくすることができる。

実施の形態６．
各上記実施の形態では、この発明が車両用交流発電機に適用されているが、回転電機である発電電動機にこの発明を適用してもよい。

即ち、図１０は、この発明の実施の形態６による車両用交流発電電動機を示す側断面図である。また、図１１は、図１０のロータを示す斜視図である。図において、車両用交流発電電動機（回転電機）４１は、軸線を中心に回転されるランデル型のロータ４２と、ロータ４２の径方向外側の位置に配置され、ロータ４２の外周を囲む筒状のステータ４３と、ロータ４２及びステータ４３を支持するケース４４と、ロータ４２に設けられ、ロータ４２と一体に回転されることにより冷却風を発生する冷却ファン４５と、ケース４４内に設けられ、ロータ４２への給電を行うためのブラシ装置４６とを有している。なお、ロータ４２及びステータ４３は、発電電動機本体（回転電機本体）を構成している。

ロータ４２は、ロータ４２の軸線上に配置された回転軸４７と、回転軸４７に設けられ、ケース４４内に収容されたロータ本体４８とを有している。ロータ本体４８は、ブラシ装置４６からの給電により磁束を発生する界磁コイル４９と、界磁コイル４９が設けられ、界磁コイル４９が発生する磁束により磁極が形成されるポールコア５０とを有している。

ポールコア５０は、一対の交互に噛み合った第１のポールコア部５１及び第２のポールコア部５２により構成されている。第１のポールコア部５１及び第２のポールコア部５２は、図１１に示すように、爪状磁極５３，５４をそれぞれ有している。隣り合う各爪状磁極５３，５４には、これらの爪状磁極５３，５４間の磁束の漏洩を減少する向きに着磁された永久磁石５５が固定されている。

ステータ４３は、ケース４４内に固定されている。また、ステータ４３は、ロータ本体４８を囲む円筒状の固定子鉄心５６と、固定子鉄心５６に設けられ、ロータ４２の回転に伴って界磁コイル４９からの磁束が変化することにより交流起電力が生じる固定子コイル５７とを有している。なお、ケース４４内には、ステータ４３で生じた交流電流を直流電流に整流する整流器や、ステータ４３で生じた交流電圧の大きさを調整する電圧調整器等が設けられている。

ケース４４は、それぞれ略椀形状とされたアルミニウム製のフロント側フレーム５８及びリア側フレーム５９により構成されている。フロント側フレーム５８及びリア側フレーム５９は、それぞれの開口部同士を対向させた状態で、複数本のボルトによって互いに固定されている。フロント側フレーム５８及びリア側フレーム５９のそれぞれは、ロータ４２の軸線方向についてロータ４２及びステータ４３に対向している。

回転軸４７は、フロント側フレーム５８及びリア側フレーム５９のそれぞれの中心を貫通している。また、回転軸４７は、フロント側フレーム５８及びリア側フレーム５９のそれぞれに軸受６０を介して回転自在に支持されている。

冷却ファン４５は、ロータ本体４８の軸線方向両端面にそれぞれ固定されている。従って、ロータ本体４８の一方の端面に固定された冷却ファン４５はフロント側フレーム５８で覆われ、ロータ本体４８の他方の端面に固定された冷却ファン４５はリア側フレーム５９で覆われている。

ブラシ装置４６は、回転軸４７のリア側の部分に固定された一対のスリップリング６１と、ケース４４内に設けられ、各スリップリング６１に個別に接触する一対のブラシ６２とを有している。回転軸４７が回転しているときには、各スリップリング６１が各ブラシ６２に摺動しながら回転軸４７の軸線を中心として回転する。

フロント側フレーム５８の構成は、実施の形態１のフロント側フレーム１３の構成と同様である。また、フロント側フレーム５８の各リブ２４の冷却ファン４５側の面には、フロント側フレーム５８の周方向に沿った複数の導風溝２７がロータ４２の軸線方向について並べて設けられている。各導風溝２７の構成も実施の形態１の導風溝２７の構成と同様である。

フロント側フレーム５８からケース４４外へ突出する回転軸４７の端部には、動力を伝達するための伝達ベルト（図示せず）が巻き掛けられるプーリ６３が固定されている。リア側フレーム５９には、インバータ回路（図示せず）に接続するための端子台６４が設けられている。端子台６４には、配線基板６５が接続されている。

次に、発電電動機４１を発電機として使用した場合の動作について説明する。バッテリ（図示せず）からブラシ６２、スリップリング６１を通じて界磁コイル４９に電流が供給されて磁束が発生し、第１のポールコア部５１の爪状磁極５３にはＮ極が着磁され、第２のポールコア部５２の爪状磁極５４にはＳ極が着磁される。一方、エンジンによってプーリ６３は駆動されることによりロータ４２が回転するため、固定子コイル５７には回転磁界が与えられ、固定子コイル５７には起電力が生じる。この交流の起電力は、整流器を通って直流に整流されるとともに、電圧調整器によりその大きさが調整されてバッテリに充電される。

次に、発電電動機４１を電動機として使用した場合の動作について説明する。エンジンの始動時には、交流電流が固定子コイル５７に供給される。また、界磁電流がブラシ６２、スリップリング６１を通じて界磁コイル４９に供給されて磁束が発生し、第１のポールコア部５１の爪状磁極５３にはＮ極が着磁され、第２のポールコア部５２の爪状磁極５４にはＳ極が着磁される。そして、固定子コイル５７及びロータ本体４８が電磁石として作用し、ロータ本体４８が回転軸４７とともにステータ４３内で回転する。この回転軸４７の回転力がプーリ６３を介してエンジンの出力軸に伝達され、エンジンが始動される。

このように、発電電動機４１にこの発明を適用しても、冷却ファン４５から径方向外側へ送られた冷却風を各導風溝２７の案内によりフロント側フレーム５８の周方向へ導くことができる。これにより、冷却風とフロント側フレーム５８との間での熱交換量を増加させることができ、フロント側フレーム５８の冷却性能の向上を図ることができる。

なお、上記の例では、実施の形態１のフロント側フレーム１３及び各導風溝２７の構成が発電電動機４１に適用されているが、実施の形態２〜５のフロント側フレーム１３及び各導風溝２７の構成を発電電動機４１に適用してもよい。

また、実施の形態４及び５では、第１の溝側面２７ａがロータ２の軸線に垂直となっているが、第１の溝側面２７ａをロータ２の軸線に対して傾斜させてもよい。さらに、実施の形態４及び５では、第２の溝側面２７ｂがロータ２の軸線に沿った面となっているが、第２の溝側面２７ｂをロータ２の軸線に対して傾斜させてもよい。

また、各上記実施の形態では、フロント側フレーム１３，４３にのみ各導風溝２７が設けられているが、リア側フレーム１４，４４にも周方向に沿った複数の導風溝を設けてもよい。

また、各上記実施の形態では、各導風溝２７の断面形状が同じになっているが、中間枠部２０からステータ３，４３に向かう方向において、各導風溝２７の断面形状を互いに異なるようにしてもよい。各導風溝２７の断面形状が互いに異なっていると、各導風溝２７への冷却風の流れ込み方が異なるようになり、騒音源となる微小な圧力変動も各導風溝２７のそれぞれで異なる。圧力変動が各導風溝２７で同じ場合、音の位相が揃うこととなり騒音が大きくなるが、各導風溝２７の断面形状を互いに異なるようにすることで音の位相をランダム化し、騒音を低減することができる。

また、各上記実施の形態では、この発明が車両用交流発電機又は車両用発電電動機に適用されているが、車両用交流発電機又は車両用発電電動機だけでなく、例えば電動機等の回転電機にこの発明を適用してもよい。

１ 車両用交流発電機（回転電機）、２，４２ ロータ、３，４３ ステータ、５，４５ 冷却ファン、１３，５８ フロント側フレーム、２４ リブ、２６ 排気口、２７ 導風溝、２７ａ 第１の溝側面、２７ｂ 第２の溝側面、３１ 細溝、４１ 車両用交流発電電動機（回転電機）。

Claims (4)

1. 軸線を中心に回転されるロータと、上記ロータの径方向外側の位置に配置されたステータとを有する回転電機本体、
   上記回転電機本体を支持するフレーム、及び
   上記ロータに設けられているとともに上記フレームで覆われ、上記ロータと一体に回転されることにより冷却風を発生する冷却ファン
   を備え、
   上記フレームは、上記冷却ファンの径方向外側の位置で互いに間隔を置いて配置された複数のリブを有し、
   上記フレームには、各上記リブで仕切られ上記冷却風を通す排気口が形成されており、
   上記リブの上記冷却ファン側の面には、上記フレームの周方向に沿った複数の導風溝が設けられていることを特徴とする回転電機。
2. 上記リブの上記冷却ファン側の面は、上記回転電機本体に近づくほど上記ロータの軸線から離れる方向へ上記ロータの軸線に対して傾斜していることを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
3. 各上記導風溝の内面は、上記ロータの軸線に垂直な第１の溝側面と、上記ロータの軸線に沿った第２の溝側面とにより構成され、
   上記リブの上記冷却ファン側の部分の形状は、上記第１の溝側面及び上記第２の溝側面が交互に連続することにより階段状となっていることを特徴とする請求項２に記載の回転電機。
4. 上記第１の溝側面には、複数の細溝が上記導風溝に沿って設けられていることを特徴とする請求項３に記載の回転電機。

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