JP2016111894A - 車両用交流発電機 - Google Patents

Abstract

【課題】製造コストの増加を抑えつつピッチノイズを低減し得るようにした車両用交流発電機を提供する。【解決手段】車両用交流発電機１は、固定子２０と、ランデル型コア３１及び界磁巻線３７を有する回転子３０と、ランデル型コア３１の軸方向端面に固定されて回転子３０の回転に伴って冷却風を発生させる第１及び第２冷却ファン４０，４５と、第２冷却ファン４０とランデル型コア３１の間に配置されて冷却風の整流を行うファンベース５０とを備える。ランデル型コア３１は、軸方向端面の外周部に周方向に距離を隔てて形成された複数のＵ字隙間３６を有する。ファンベース５０は、周方向に交互に配置された複数の大径部５３ａ〜５３ｃと小径部５４ａ〜５４ｃとを有し、小径部５４ａ〜５４ｃのうちの少なくとも１箇所がＵ字隙間３６と軸方向に対向するように配置されている。【選択図】図２

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。

従来の車両用交流発電機として、電機子巻線が巻装された固定子と、固定子の内周側に対向して配置されたランデル型コア、及びランデル型コアに巻装された界磁巻線を有する回転子と、を備えたものが一般に知られている。ここで用いられるランデル型コアは、フロント側及びリア側の異なる磁極の一組のポールコアを組み合わせて構成されている。各ポールコアは、シャフトの外周に嵌合固定される円筒状のボス部と、ボス部の一方の軸方向端面から径方向に延びるディスク部と、ディスク部の外周部から軸方向に沿ってボス部側に延びる複数の爪状磁極部とにより構成されている。

そして、例えば、特許文献１には、電機子巻線や界磁巻線に発生する熱を冷却するために、ランデル型コアの軸方向端面に固定されて回転子の回転に伴って冷却風を発生させる冷却ファンと、冷却ファンとランデル型コアの間に配置されて冷却風の整流を行うファンベースと、を備えたものが開示されている。

特開２００６−１４５１６号公報

ところで、上記の車両用交流発電機に用いられる回転子のランデル型コアは、ディスク部の軸方向端面の外周部において、隣接する爪状磁極部の間部分にＵ字隙間が周方向に等角度間隔に形成されている。そのため、シャフトと共に回転子が回転する際に、Ｕ字隙間を有するディスク部がファン機能を発揮し、ランデル型コアの軸方向端面に配置されたファンベースが更にそのファン効果を高める。このとき、ファンベースは、軸方向に送風される冷却風の整流作用を行って冷却風を増加させることから、特定の周波数の音レベル（爪状磁極部によるピッチノイズ）が大きくなる。よって、感性品質を低下させることとなる。

このピッチノイズの対応策として、ランデル型コアの爪状磁極部の配置間隔を不等にする構造が考えられる。しかし、この場合には、異なる磁極のポールコアにおいて周方向に隣接する爪状磁極部間に形成される周方向隙間が不均一になるため、周方向隙間が狭い箇所では磁束漏れが発生するので、発電に寄与する有効磁束が低下して出力低下に至るという問題がある。また、これを解決しようとすると、ランデル型コアの組み付けの際に、異なる磁極のポールコアの爪状磁極部を位置決めする必要があるため、工数増加に伴い製造コストの増加を招くという新たな問題が発生する。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、製造コストの増加を抑えつつピッチノイズを低減し得るようにした車両用交流発電機を提供することを解決すべき課題とするものである。

上記課題を解決するためになされた本発明は、
電機子巻線（２２）が巻装された固定子（２０）と、前記固定子の内周側に対向して配置されたランデル型コア（３１）、及び前記ランデル型コアに巻装された界磁巻線（３７）を有する回転子（３０）と、前記ランデル型コアの軸方向端面に固定されて前記回転子の回転に伴って冷却風を発生させる第１及び第２冷却ファン（４０，４５）と、前記第２冷却ファンと前記ランデル型コアの間に配置されて前記冷却風の整流を行うファンベース（５０）と、を備える車両用交流発電機において、
前記ランデル型コアは、軸方向端面の外周部に周方向に距離を隔てて形成された複数のＵ字隙間（３６）を有し、
前記ファンベースは、周方向に交互に配置された複数の大径部（５３ａ〜５３ｃ）と小径部（５４ａ〜５４ｃ）とを有し、少なくとも１箇所の前記小径部が前記Ｕ字隙間と軸方向に対向するように配置されていることを特徴とする。

本発明によれば、ランデル型コアは、軸方向端面の外周部に周方向に距離を隔てて形成された複数のＵ字隙間を有し、ファンベースは、周方向に交互に配置された複数の大径部と小径部とを有し、少なくとも１箇所の小径部がＵ字隙間と軸方向に対向するように配置されている。即ち、ファンベースの小径部とランデル型コアのＵ字隙間が対向して配置されている箇所では、Ｕ字隙間の径方向内方側部分だけがファンベースの小径部と対向し、Ｕ字隙間の径方向外方側部分は開放部となっている。これにより、回転子の回転に伴って冷却ファンから当該Ｕ字隙間に向かって軸方向に送風される冷却風は、ファンベースによる整流作用が抑制される。つまり、この部分のＵ字隙間を有するディスク部のファン機能を低下させることができる。したがって、本発明によれば、ファンベースによる整流作用を抑制された箇所が周方向に不均一に配置されているので、ピッチノイズを低減することができる。また、ランデル型コアの爪状磁極部を等角度間隔で配置する構造を維持することができるので、上記の磁束漏れの発生や製造コストの増加という新たな課題も生じない。

なお、この欄及び特許請求の範囲で記載された各部材や部位の後の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的な部材や部位との対応関係を示すものであり、特許請求の範囲に記載された各請求項の構成に何ら影響を及ぼすものではない。

実施形態１に係る車両用交流発電機の一部を断面で示す正面図である。 実施形態１において回転子に固定されたファンベース及び冷却ファンを軸方向リア側から見た正面図である。 実施形態１に係るポールコアの軸方向リア側から見た正面図である。 実施形態１に係るファンベースの正面図である。

以下、本発明に係る回転電機の実施形態について図１〜図４を参照して具体的に説明する。

〔実施形態１〕
本実施形態に係る車両用交流発電機１は、図１に示すように、ハウジング１０と、電機子として働く固定子２０と、固定子２０の内周側に対向して配置されたランデル型コア３１及び界磁巻線３７を有し界磁として働く回転子３０と、ランデル型コア３１の軸方向端面に固定されて回転子３０の回転に伴って冷却風を発生させる第１及び第２冷却ファン４５，４０と、第２冷却ファン４０とランデル型コア３１の間に配置されて冷却風の整流を行うファンベース５０と、交流電力を直流電力に変換する整流器１５等を含んで構成されている。

ハウジング１０は、一端が開口した有底円筒状のフロントハウジング１０ａ及びリアハウジング１０ｂが開口部同士で接合されて、概ね円筒状に形成されている。フロントハウジング１０ａの軸方向前端面（図１の左側端面）及びリアハウジング１０ｂの軸方向後端面（図１の右側端面）には、外部からハウジング１０内に冷却風を吸入する吸入孔１１ａ、１１ｂがそれぞれ設けられている。また、フロントハウジング１０ａ及びリアハウジング１０ｂには、固定子コア２１の軸方向両端から突出した電機子巻線２２のコイルエンド部２２ｂに対向した部分に冷却風の吐出孔１２ａ，１２ｂがそれぞれ設けられている。

固定子２０は、周方向に配列された複数のスロット（図示せず）を有する固定子コア２１と、固定子コア２１のスロットに所定の状態に巻装された電機子巻線２２と、を備えている。この固定子２０は、フロントハウジング１０ａ及びリアハウジング１０ｂ間で挟持されたり、フロントハウジング１０ａにボルト締結されるなどにより固定されており、回転子３０の外周側に所定のエアギャップを介して配置されている。

回転子３０は、図１に示すように、フロントハウジング１０ａ及びリアハウジング１０ｂに一対の軸受け１４を介して回転可能に支持されたシャフト１３と一体になって回転するもので、ランデル型コア３１と、ランデル型コア３１に巻装された界磁巻線３７とを備えている。なお、シャフト１３の前端部（図１の左側端部）には、自動車に搭載された走行用のエンジンに図示しないベルト等を介して連結されたプーリ１６が固定されている。

ランデル型コア３１は、フロント側及びリア側の一組のポールコア３２ａ，３２ｂを組み合わせて構成されている。各ポールコア３２ａ，３２ｂは、シャフト１３の外周に嵌合固定された円筒状のボス部３３と、ボス部３３の一方の軸方向端面から径方向に延びるディスク部３４と、ディスク部３４の外周部から軸方向に沿ってボス部３３側に延びる複数（本実施形態では８個）の爪状磁極部３５とにより構成されている。ポールコア３２ａ，３２ｂのディスク部３４側の軸方向端面の外周部には、図３に示すように、周方向に隣接する爪状磁極部３５の間部分にＵ字隙間３６が形成されている。本実施形態の場合、８個のＵ字隙間３６が周方向に等角度間隔に形成されている。

各ポールコア３２ａ，３２ｂは、それぞれの爪状磁極部３５を互い違いに向かい合わせた状態で、絶縁処理された銅線を円筒状かつ同心状に巻回して構成された界磁巻線３７を軸方向両側から挟み込むようにして組み付けられている。これにより、界磁巻線３７は、各ポールコア３２ａ，３２ｂのボス部３３の外周面に巻装されている。本実施形態のランデル型コア３１は、各ポールコア３２ａ，３２ｂがそれぞれ８個の爪状磁極部３５を有するので、１６極の磁極が形成されている。

フロント側のポールコア３２ａの前端面には、回転子３０の回転に伴ってフロント側の吸入孔１１ａから吸い込んだ冷却風を軸方向及び径方向に吐き出すための第１冷却ファン４５が溶接等により固着されている。また、リア側のポールコア３２ｂの後端面には、回転子３０の回転に伴ってリア側の吸入孔１１ｂから吸い込んだ冷却風を径方向に送風するための第２冷却ファン４０が溶接により固着されている。

第２冷却ファン４０は、図２に示すように、放射方向に延びる複数の支持部４１と、各支持部４１に支持されて周方向に距離を隔てて配置された複数のファンブレード４２とを有する。本実施形態の場合、支持部４１とファンブレード４２が１１個ずつ設けられている。ファンブレード４２の形状や大きさ（面積）は、変則的に不等にされており、これにより、特定周波数の風切り音の発生が防止されている。１１箇所の支持部４１のうちの８箇所（複数箇所）の支持部４１には、第２冷却ファン４０をリア側のポールコア３２ｂの後端面に固着する溶接部４３が設けられている。溶接部４３を有しない残りの３箇所の支持部４１には、補強リブ４４が設けられている。なお、第２冷却ファン４０のファンブレード４２の枚数は、通常、騒音が特定の周波数域に集中するのを回避するために、各ポールコア３２ａ，３２ｂの爪状磁極部３５の個数と異なるようにされる。

ファンベース５０は、図４に示すように、概ね円環状の所定形状に形成された金属板よりなる。ファンベース５０の中央部には、シャフト１３が挿入される貫通した開口部５１が形成されている。この開口部５１の縁部の４箇所には、シャフト１３の外周面に設けられた保持部材１７（図２）に係止される係止部５２が形成されている。

そして、ファンベース５０は、外径寸法が小さい第１〜第３小径部５４ａ〜５４ｃと、第１〜第３小径部５４ａ〜５４ｃよりも外径寸法が大きくされて大径となった第１〜第３大径部５３ａ〜５３ｃが周方向に交互に設けられている。第１〜第３大径部５３ａ〜５３ｃは、所定の角度範囲の周方向幅を有するように形成されて、周方向に不等ピッチで配置されている。本実施形態の場合には、第１大径部５３ａと第２大径部５３ｂの角度間隔、及び第２大径部５３ｂと第３大径部５３ｃの角度間隔は９０°程度とされ、第３大径部５３ｃと第１大径部５３ａの角度間隔は１８０°程度とされている。

なお、第１〜第３大径部５３ａ〜５３ｃの最大外径は、ランデル型コア３１の外径よりも小さくされている。これにより、ポールコア３２ａ，３２ｂのディスク部３４のファン効果を抑制して騒音低減効果が得られるようされている。また、このファンベース５０には、第２冷却ファン４０の８箇所に設けられた溶接部４３と対応する部位に軸方向に貫通する８個の貫通孔５５が設けられている。貫通孔５５は、溶接部４３よりも大径の円形に形成されている。

ファンベース５０は、リア側のポールコア３２ｂと第２冷却ファン４０の間に挟持された状態で、第２冷却ファン４０の溶接部４３がポールコア３２ｂに溶接で固着されていることによって、ポールコア３２ｂと第２冷却ファン４０の間に保持・固定されている。このとき、ファンベース５０は、第１〜第３小径部５４ａ〜５４ｃのうち少なくとも１箇所がリア側のポールコア３２ｂのＵ字隙間３６と軸方向に対向するように配置されている。

本実施形態の場合には、図２に示すように、第１〜第３小径部５４ａ〜５４ｃの全てが何れかのＵ字隙間３６と軸方向に対向するようにされている。即ち、第１〜第３小径部５４ａ〜５４ｃと対向する当該Ｕ字隙間３６は、径方向内方側部分だけがファンベース５０と対向し、当該Ｕ字隙間３６の径方向外方側部分は開放部となっている。これにより、当該Ｕ字隙間３６からファンベース５０に向かって軸方向に送風される冷却風は、ファンベース５０による整流作用が抑制される。本実施形態のファンベース５０は、上記のように整流作用を抑制された箇所が周方向に不均一に配置されている。

また、ファンベース５０の第１〜第３大径部５３ａ〜５３ｃは、第２冷却ファン４０の溶接部４３が設けられていない支持部４１に支持されたファンブレード４２と対応する位置に配置されている。この場合、溶接部４３が設けられていない支持部４１に支持されたファンブレード４２は、溶接部４３が設けられている支持部４１に支持されたファンブレード４２に比べ遠心強度が小さい。そのため、本実施形態では、支持部４１に設けられた補強リブ４４に加えて、ファンベース５０の第１〜第３大径部５３ａ〜５３ｃで更に補強するようにされている。

上記のように、第２冷却ファン４０及びファンベース５０が取り付けられたシャフト１３のリア側端部には、界磁巻線３７の両端に電気的に接続されたスリップリング１８が形成されており、これらのスリップリング１８を介してブラシ装置１９から界磁巻線３７に対して給電が行われるようになっている。

上述した構成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１６にエンジンからの回転力が伝えられると、回転子３０がシャフト１３と共に所定方向に回転する。この状態で、スリップリング１８を介してブラシ装置１９から回転子３０の界磁巻線３７に励磁電圧を印加することにより、ポールコア３２ａ、３２ｂのそれぞれの爪状磁極部３５が励磁されて、回転子３０の回転周方向に沿って交互にＮＳ磁極が形成される。これにより、電機子巻線２２に三相交流電圧を発生させることができ、整流器１５の出力端子から所定の直流電流を取り出すことができる。

また、上記のように車両用交流発電機１が作動してシャフト１３と共に回転子３０が回転すると、第１及び第２冷却ファン４０，４５も同時に回転して、図１に示すように冷却風を発生させる。このとき、第１冷却ファン４５は、フロント側の吸入孔１１ａから吸い込んだ冷却風を軸方向及び径方向に送風する。第１冷却ファン４５により径方向に送風される冷却風は、電機子巻線２２のフロント側のコイルエンド部を冷却して吐出孔１２ａから吐き出される。軸方向への送風は、第１冷却ファン４５の羽根のいくつかを溶接配置しているディスク部３４の端面に対し９０度以下に傾斜させて冷却風を押し込むようにしてもよいし、第１冷却ファン４５の羽根を傾斜させず９０度とし、ファン機能を第２冷却ファン４０及び第２冷却ファン４０側のディスク部３４間のＵ字隙間３６よりも小さく設定してもよい。

また、第１冷却ファン４５側から軸方向に送風される冷却風は、ランデル型コア３１の周方向に隣接する爪状磁極部３５間に形成された各Ｕ字隙間３６を流通して、界磁巻線３７を冷却する。その後、軸方向に送風される冷却風は、ファンベース５０に当たって径方向に整流され、電機子巻線２２のリア側のコイルエンド部を冷却して吐出孔１２ｂから吐き出される。本実施形態では、ファンベース５０の第１〜第３小径部５４ａ〜５４ｃが何れかのＵ字隙間３６と軸方向に対向するようにされているため、当該Ｕ字隙間３６からファンベース５０に向かって軸方向に送風される冷却風は、ファンベース５０による整流作用が抑制される。これにより、ファンベース５０による整流作用を抑制された箇所が周方向に不均一に配置されているので、ピッチノイズが効果的に低減される。

また、第２冷却ファン４０は、リア側の吸入孔１１ｂから吸い込んだ冷却風を径方向に送風する。これにより、径方向に送風される冷却風は、電機子巻線２２のリア側のコイルエンド部を冷却して吐出孔１２ｂから吐き出される。以上のようにして、車両用交流発電機１の作動中にハウジング１０内に発生する熱は、第１及び第２冷却ファン４０，４５やファンベース５０によって冷却される。

以上のように構成された本実施形態の車両用交流発電機１によれば、ファンベース５０の第１〜第３小径部５４ａ〜５４ｃのうち少なくとも１箇所が、Ｕ字隙間３６と軸方向に対向するように配置されている。これにより、ファンベース５０による整流作用を抑制された箇所が周方向に不均一に配置されているので、ピッチノイズを効果的に低減することができる。また、ランデル型コア３１の爪状磁極部３５を等角度間隔で配置する構造を維持することができるので、磁束漏れの発生や製造コストの増加を抑えることができる。

また、本実施形態では、ファンベース５０の第１〜第３大径部５３ａ〜５３ｃは、周方向に不等ピッチで配置されているので、騒音が特定の周波数域に集中するのを防止することができる。

また、本実施形態では、ファンベース５０は、リア側のポールコア３２ｂと第２冷却ファン４０の間に挟持された状態で、第２冷却ファン４０の溶接部４３がポールコア３２ｂに溶接で固着されていることによって、ポールコア３２ｂと第２冷却ファン４０の間に保持・固定されている。これにより、コストの増大を抑えつつ、ファンベース５０の固定の信頼性を確保することができる。

また、本実施形態では、ファンベース５０は、第２冷却ファン４０とランデル型コア３１が溶接される部位に軸方向に貫通する貫通孔５５を有する。簡単な構造で、コストの増大を抑えつつ、ファンベース５０のより確実な固定の信頼性を確保することができる。

また、本実施形態では、ファンベース５０の第１〜第３大径部５３ａ〜５３ｃは、第２冷却ファン４０の溶接部４３が設けられていない支持部４１に支持されたファンブレード４２と対応する位置に配置されている。これにより、第２冷却ファン４０の溶接部４３が設けられていない支持部４１に支持されたファンブレード４２の遠心強度を増大させることができる。

また、本実施形態では、ファンベース５０の第１〜第３大径部５３ａ〜５３ｃの最大外径は、ランデル型コア３１（ポールコア３２ａ，３２ｂ）の外径よりも小さくされている。これにより、ポールコア３２ａ，３２ｂのディスク部３４のファン効果を抑制して、騒音低減効果を得ることができる。

〔他の実施形態〕
本発明は、上記の実施形態１に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更することが可能である。

例えば、上記の実施形態１のファンベース５０は、３個の第１〜第３大径部５３ａ〜５３ｃは、２カ所を９０度の角度間隔とし、１カ所を１８０度の角度間隔としたが、すべて異なる角度間隔とすれば、さらにピッチノイズの十分な低減効果を得ることができる。また、大径部と小径部の個数は、２以上の任意の個数を選択することができる。

１…車両用交流発電機、 ２０…固定子、 ２２…電機子巻線、 ３０…回転子、 ３１…ランデル型コア、 ３６…Ｕ字隙間、 ３７…界磁巻線、 ４０…第２冷却ファン、 ４１…支持部、 ４２…ファンブレード、 ４３…溶接部、 ４５…第１冷却ファン、 ５０…ファンベース、 ５３ａ〜５３ｃ…大径部、 ５４ａ〜５４ｃ…小径部、 ５５…貫通孔。

Claims (6)

1. 電機子巻線（２２）が巻装された固定子（２０）と、前記固定子の内周側に対向して配置されたランデル型コア（３１）、及び前記ランデル型コアに巻装された界磁巻線（３７）を有する回転子（３０）と、前記ランデル型コアの軸方向端面に固定されて前記回転子の回転に伴って冷却風を発生させる第１及び第２冷却ファン（４０，４５）と、前記第２冷却ファンと前記ランデル型コアの間に配置されて前記冷却風の整流を行うファンベース（５０）と、を備える車両用交流発電機において、
   前記ランデル型コアは、軸方向端面の外周部に周方向に距離を隔てて形成された複数のＵ字隙間（３６）を有し、
   前記ファンベースは、周方向に交互に配置された複数の大径部（５３ａ〜５３ｃ）と小径部（５４ａ〜５４ｃ）とを有し、少なくとも１箇所の前記小径部が前記Ｕ字隙間と軸方向に対向するように配置されていることを特徴とする車両用交流発電機。
2. 前記大径部は、周方向に不等ピッチで配置されていることを特徴とする請求項１に記載の車両用交流発電機。
3. 前記ファンベースは、前記ランデル型コアと前記第２冷却ファンの間に挟持された状態で前記第２冷却ファンが前記ランデル型コアに溶接で固着されていることによって、前記ランデル型コアと前記第２冷却ファンの間に保持されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の車両用交流発電機。
4. 前記ファンベースは、前記第２冷却ファンと前記ランデル型コアが溶接される部位に軸方向に貫通する貫通孔（５５）を有することを特徴とする請求項３に記載の車両用交流発電機。
5. 前記第２冷却ファンは、放射方向に延びる複数の支持部（４１）と、各前記支持部に支持されて周方向に距離を隔てて配置された複数のファンブレード（４２）とを有するとともに、前記支持部の複数箇所に前記ランデル型コアと溶接される溶接部（４３）が設けられ、
   前記大径部は、前記溶接部が設けられていない前記支持部に支持された前記ファンブレードと対応する位置に配置されていることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の車両用交流発電機。
6. 前記ファンベースの最大外径は、前記ランデル型コアの外径よりも小さいことを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載の車両用交流発電機。

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