JP2021005965A - Rotary electric machine - Google Patents
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Description
本願は、回転電機に関するものである。 The present application relates to a rotary electric machine.
車両用交流発電機は、限られたエンジンルーム内に配置されるため小型化の要求がある。また、車載機器の電動化などにより車両の電気負荷増大により、車両用交流発電機は高出力化の要求もある。したがって、車両用交流発電機の単位体積当たりの出力電流は増加傾向にあり、必要な冷却能力は一段と高くなっている。 Vehicle alternators are placed in a limited engine room, so there is a demand for miniaturization. In addition, there is a demand for higher output of AC generators for vehicles due to an increase in the electric load of vehicles due to electrification of in-vehicle devices. Therefore, the output current per unit volume of the AC generator for vehicles tends to increase, and the required cooling capacity is further increased.
例えば、特許文献1には、車両用交流発電装置の冷却効率を向上させるため、冷却ファンの回転方向前進側の羽根とは間隙を有する状態で、羽根の外径先端縁部を回転方向前進側に向けて折り曲げ、流入口から流入した冷却風を補足して冷却風流路に案内する冷却ファン構造が提案されている。
For example, in
また、冷却ファンの大型化または冷却ファンの羽根枚数の増加などにより、冷却風量を増加すると、ファン騒音も増加し、車内外騒音が大きくなる課題に対して、例えば特許文献2には、冷却ファンの翼ピッチを工夫することで、ファン騒音を低減する方策が開示されている。
Further, when the cooling air volume is increased due to an increase in the size of the cooling fan or the number of blades of the cooling fan, the fan noise also increases and the noise inside and outside the vehicle increases. For example,
車両用交流発電装置の冷却効率向上には一般に冷却ファンの大型化または冷却風流路へ誘導するファン形状を構成した反面、風騒音が大きくなる課題があった。冷却ファンによる風量を増やし、風騒音を大きくすることは車室内ユーザへの耳障りな聴感に繋がる。 In order to improve the cooling efficiency of the AC power generation device for vehicles, there is a problem that the cooling fan is generally enlarged or the shape of the fan that guides the cooling air flow path is formed, but the wind noise becomes large. Increasing the air volume by the cooling fan and increasing the wind noise leads to a jarring sensation for the user in the vehicle interior.
車両用交流発電装置はエンジンの回転に伴い、冷却ファンが取り付けられた回転子が回転する事によって発電する。エンジンが低回転から高回転に移行するに従い冷却ファンが回転数に比例して風量を増加させる為、風騒音が増大する。 The AC power generator for vehicles generates electricity by rotating the rotor to which the cooling fan is attached as the engine rotates. As the engine shifts from low speed to high speed, the cooling fan increases the air volume in proportion to the speed, which increases wind noise.
また、冷却ファンの翼ピッチを工夫しても、それぞれの翼に発生する騒音源となる渦の発生を根本的に抑制していないので、特定の次数成分を低減することは可能であるが、オーバーオールを大きく押し下げるほどの低騒音化は期待できない。 In addition, even if the blade pitch of the cooling fan is devised, the generation of vortices, which are noise sources generated in each blade, is not fundamentally suppressed, so that it is possible to reduce a specific order component. It cannot be expected that the noise level will be reduced enough to push down the overalls.
本願は、上記の課題を解決するためになされたものであり、交流発電装置などの回転電機の静音性を大幅に向上し、風騒音を抑制する冷却ファンを備えた回転電機を提供する。 The present application has been made to solve the above-mentioned problems, and provides a rotary electric machine provided with a cooling fan that significantly improves the quietness of a rotary electric machine such as an AC power generator and suppresses wind noise.
本願に開示される回転電機は、ケーシング内部に収容され、回転軸と同期して回転する回転子に環状に固定された冷却ファンにより、ケーシング外からケーシング内に通風させて冷却するものであって、冷却ファンは、回転軸方向に伸びるファンブレードと、ファンブレードの回転軸方向端部を回転方向、もしくは反回転方向、もしくは回転方向と反回転方向に折り曲げて形成された突部と、を有する。 The rotary electric machine disclosed in the present application is housed inside a casing and is cooled by ventilating the inside of the casing from the outside of the casing by a cooling fan ring-fixed to a rotor that rotates in synchronization with the rotating shaft. The cooling fan has a fan blade extending in the direction of the rotation axis, and a protrusion formed by bending the end portion of the fan blade in the rotation axis direction in the rotation direction or the counter-rotation direction, or in the rotation direction and the counter-rotation direction. ..
本願に開示される回転電機によれば、反回転方向に形成された突部により、ファンブレードの回転方向と反回転方向の差圧が小さくなり、騒音レベルを抑制できる。 According to the rotary electric machine disclosed in the present application, the difference pressure between the rotation direction and the counter-rotation direction of the fan blade is reduced by the protrusion formed in the counter-rotation direction, and the noise level can be suppressed.
以下に、本願の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施の形態によって本願が限定されるものではない。また、以下に説明する図面においては各構成部材の大きさは実際の装置とは異なる場合がある。また、同一内容および相当部については同一符号を配し、その詳しい説明は省略する。 Hereinafter, embodiments of the present application will be described in detail with reference to the drawings. The present application is not limited to the embodiments described below. Further, in the drawings described below, the size of each component may differ from the actual device. In addition, the same contents and corresponding parts are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
実施の形態1.
本実施の形態では、車両用回転電機を例にとり、説明する。図1は実施の形態1に係わる車両用回転電機の断面構造の一例を概略的に記載した模式図である。車両用回転電機1は、シャフト6に固定された回転子8と、回転子8と隙間をあけて回転子8の外周を囲む固定子9と、がケーシング4内に収められている。ケーシング4はシャフト6の軸方向の両側にそれぞれベアリング5を有している。このベアリング5によってシャフト6を支持する。両側のベアリング5の間にある回転子8はシャフト6と一体的に回転する。
In the present embodiment, a rotary electric machine for a vehicle will be described as an example. FIG. 1 is a schematic view schematically showing an example of a cross-sectional structure of a rotary electric machine for a vehicle according to the first embodiment. In the rotary
ケーシング4から突出したシャフト6の一方の端にベルトなどによって外部の駆動力が伝達されるプーリ7が固定される。また、その反対側となるシャフト6の他方の端に、回転子8のコイルの電流を流すための一対のスリップリング10が設けられている。以下では、プーリ7が固定された側をフロント側、スリップリング10が設けられた側をリア側として説明する。
A
実施の形態1の車両用回転電機1はランデル型(クローポール型ともいう)の回転電機である。回転子8は、絶縁処理された銅線を円筒状かつ同心状に巻き回され、励磁電流が流れて磁束を発生する界磁巻線81と、発生する磁束によって磁極が形成され、界磁巻線81を覆うように設けられている界磁鉄心82とからなる。界磁鉄心82は、フロント側とリア側とが異なる磁極となるように分かれ、それぞれが6個あるいは8個の爪を有している。フロント側とリア側との界磁鉄心82の爪同士がシャフト6の回転方向に間隔をあけて交互にずれるように配置される。例えば、フロント側とリア側とがそれぞれ6個の爪を有する場合には30度、8個の爪を有する場合には22.5度ずれ、フロント側の爪の先がリア側に伸び、リア側の爪の先がフロント側に伸びて、組み合った配置とされる。
The vehicle rotary
固定子9は、微小な隙間をあけて回転子8を取り囲むよう配設され、円筒状の固定子鉄心91と、固定子鉄心91に巻装され、回転子8の回転に伴い、界磁巻線81からの磁束の変化によって交流が生じる固定子コイル92と、を備えている。
The
ケーシング4はフロント側ハウジング2とリア側ハウジング3とからなり、それらは固定子9の外側でシャフト6の軸方向に、長手のボルトによって接続されている。固定子9は、固定子鉄心91をフロント側ハウジング2及びリア側ハウジング3の開口端に軸方向両端から挟持される。フロント側ハウジング2とリア側ハウジング3とは固定子9の外周の全体をカバーしておらず、固定子9の外周の一部が外部に露出するように開口部が設けられている。
The
スリップリング10はリア側ハウジング3からリア側に突出したシャフト6の部分に設けられる。シャフト6のリア側に突出した部分は、保護カバー27によって覆われる。保護カバー27は外部からの風が流通できるように、多くの開口部が設けられており、例えば、格子状の部材からなっている。
The
保護カバー27とリア側ハウジング3との間には、スリップリング10の表面に摺動するブラシ11、ブラシ11を収容するブラシホルダ17、ブラシ11に隣接されて固定子9で生じた交流電圧の大きさを調整する電圧調整器12、固定子9で生じる交流電圧を直流電圧に整流する整流装置13などが備えられる。
Between the
固定子9の固定子コイル92とのリード線921はリア側ハウジング3から保護カバー27内まで引き出されて、サーキットボード19の端子に結線され、整流装置13と固定子コイル92とが電気的に接続される。保護カバー27の外周には電圧調整器12と外部装置(図示せず)との信号の入出力を行うコネクタ20が固定される。
The
フロント側ハウジング2からフロント側に突出したシャフト6の部分にプーリ7が固定されている。フロント側ハウジング2にはフロントベアリング収納部21Aがあり、このフロントベアリング収納部21Aにベアリング5を組付け、ほぼベアリング外輪を覆うようなリテーナ15を配し、フロント側ハウジング2の外側からネジ16を締結している。
The
上述した構造を有する車両用回転電機1は、ベルト等を介してプーリ7にエンジンからの回転が伝えられると回転子8が回転する。このとき、界磁巻線81に励磁電圧を印加することにより界磁鉄心82のそれぞれの爪部が励磁され、固定子コイル92に三相交流電圧を発生させることができ、整流装置13の出力端子からは予め定められた直流電流が取り出される。
In the vehicle rotary
フロント側とリア側の界磁鉄心82の6個あるいは8個の爪を有する面と反対の面に冷却ファン83、84を構成する。車両用回転電機1が回転するとシャフト6と同方向である回転軸方向から冷却風が流入し、冷却ファン83、84によって径方向に経路を変更され、固定子9およびフロント側ハウジング2もしくはリア側ハウジング3に向かって冷却風が放出される冷却風流路が形成される。また、冷却ファン83、84の回転に伴い、風騒音も発生する。
Cooling
風騒音の低下を図るために、図2のように、冷却ファン83、84の軸方向に、冷却ファン83、84と別体のプレート80を配置し、冷却風の風流路を区切ることにより、上述した風の乱流を抑制し風騒音を低下させることができる。しかし、冷却ファン83、84とは別にプレート80を配置、接合するために、コストもしくは工数を必要とする。
In order to reduce wind noise, as shown in FIG. 2, a
ここで、風騒音の発生のメカニズムを説明する。以後、フロント側の冷却ファン83を例にとり、説明するが、リア側の冷却ファン84も同様な構成により、同様な効果を奏する。
Here, the mechanism of wind noise generation will be described. Hereinafter, the cooling
冷却ファン83が回転し、冷却風を風流路へ誘導する際、冷却ファン83のハウジング側、すなわち回転軸方向に切り起こされ、回転軸内周から外周に伸びるファンブレード83aには、図3Aに示すようにファンブレード83aの回転方向と反回転方向において冷却風の圧力差が発生する。図3Aは、シャフト6の回転軸に対して垂直の方向から冷却ファン83のファンブレード83aを見た図である。この冷却風の圧力差により、圧力の大きい側から小さい側に空気が回り込み(図3A中、矢印P参照)、空気の渦が発生する。この空気の渦により、風騒音が発生する。
When the cooling
このため、冷却風の圧力差を軽減させるために、図3Bで示すように、ファンブレード83aの先端をファンの反回転方向に折り曲げて、突部85を形成した。これにより、反回転方向の負圧が小さくなり、ファンブレード83aの端部の差圧が小さくなる。これにより、発生する空気の渦を小さくすることができ、騒音レベルを抑制することができる。
また、空気の回り込みを抑制するために、図4のように、ファンブレード83aの先端をファンの回転方向に折り曲げて突部85を形成してもよい。さらに、図5のように、突部85はファンブレード83aの先端部に限るものではなく、空気の渦が発生するファンブレード83aの端部全体に形成してもよい。図5は回転方向に折り曲げた例を示したが、端部全体を反回転方向に折り曲げてもよい。
Therefore, in order to reduce the pressure difference of the cooling air, as shown in FIG. 3B, the tip of the
Further, in order to suppress the wraparound of air, the tip of the
ファンブレード83aの先端の折り曲げ角度は、シャフト6の回転軸に垂直な面と平行、すなわち、ファンブレード83aに対し、直角に折り曲げて形成してもよい。これは、板金を折り曲げて加工する冷却ファン83にとって加工しやすい形状であり、寸法精度を高くすることができる。
The bending angle of the tip of the
また、図6に示すように、シャフト6の回転軸に垂直な面Rから突部85の高さ方向になす角をθとする(吸い込み側を正)。この場合、0°<θ<90°に設定してもよい。これにより、突部85による仕事が期待でき、風量を増やすことができる。
Further, as shown in FIG. 6, the angle formed from the surface R perpendicular to the rotation axis of the
逆に、−90°<θ<0°に設定してもよい。これにより、θの角度に誤差が生じてもファンブレード83aの高さはほとんど変わらないため、一定の風量を確保しやすい。
Conversely, it may be set to −90 ° <θ <0 °. As a result, even if an error occurs in the angle of θ, the height of the
突部85の形状は、図7Aに示すように、突部85の折り曲げ方向Sとファンブレード83aのブレード弦長方向Tのなす面を、ファン突部曲面とする。ファン突部曲面に垂直な方向から見たとき、斜線で示すような四角形の形状(略四角形を含む)とすると加工がしやすく、突部85の寸法精度を出しやすい。また、突部85を有するブレード弦長方向T全体にわたって渦を抑制する効果が期待できる。
As shown in FIG. 7A, the shape of the
さらに、図7Bに示すように突部85を、三角形の形状(略三角形を含む)、図7Cに示すように二分楕円の形状(略二分楕円の形状を含む)、または図7Dに示すように四分楕円の形状(略四分楕円の形状を含む)としてもよい。冷却ファン83の使用条件、通風経路、車両用回転電機の構造、または冷却ファン83の形状により発生個所が変わる渦に応じて、突部85を適した形状にすることにより、効果的に騒音を抑制することができる。
Further, as shown in FIG. 7B, the
また、図8のように、冷却ファン83のファンブレード83aの内径側の角に面取りを行ってもよい。または内径側を円形状に形成してもよい。これにより、吸い込み風の流れを阻害することなく、必要風量を確保し、低騒音の冷却ファンを得ることができる。
Further, as shown in FIG. 8, the corner on the inner diameter side of the
また、図9のように、冷却ファン83のファンブレード83aの外径側の角に面取りを行ってもよい。または外径側を円形状に形成してもよい。これにより、冷却ファン83の最外径を大きくすることなく、突部85を設けることが可能である。冷却ファン83の外径側質量の抑制により遠心力が低下し、冷却ファン83に発生する応力を下げることができ、信頼性の高い冷却ファンを得ることができる。
Further, as shown in FIG. 9, the corner of the
また、図10のように、冷却ファン83のファンブレード83aの先端部に、突部85、86を設けても良い。先端部に発生する渦が大きいファンブレード83aに突部を複数設けることにより、風音低減効果が増大する。図10の例では、互いに周方向反対側にそれぞれ突部85、86を設けているが、周方向の同じ方向に複数設けてもよい。
Further, as shown in FIG. 10,
また、冷却ファン83の全てのファンブレード83aに突部85を形成しなくてもよく、特定の周波数の騒音を低減するために、選択されたファンブレード83aに対してのみ突部85を形成してもよい。例えば、13枚のファンブレードのうち、10枚のファンブレードに突部85を形成するようにしてもよい。
Further, it is not necessary to form the
また、突部85は、内周から外周方向に伸びるファンブレード83aの回転軸に近い側(本実施の形態では回転方向フロント側)に形成してもよく、回転軸から遠い外周側(本実施の形態では回転方向リア側)に形成してもよい。これによりフロント側またはリア側に起因する騒音を低減することが可能となる。
Further, the
図11は、図1の円部Wで示された部分の拡大図である。図11Bは、図11AをY方向から見た図である。ケーシング4の吸気のための通風口の最外径をRiとし、突部85の最内径をriとするとき、ri≧Riとしてもよい。これにより、吸い込みの流れを阻害することがないため、十分な風量を確保することができる。また、冷却ファン83を板金で形成する際、ファンブレード83aの内径側に突部85を設けると、展開図の構成が難しくなる可能性があるが、外径側であれば展開図の構成が容易になる。
FIG. 11 is an enlarged view of the portion shown by the circle portion W in FIG. FIG. 11B is a view of FIG. 11A viewed from the Y direction. The outermost diameter of the vent hole for intake of the
さらに、図11に示すように、ケーシング4とファンブレード83aとのクリアランスであるギャップtが、突部85で最小となるようにしてもよい。ここで、ギャップtは、ケーシング4と突部85との隙間に発生する渦スケールを表す寸法となる。これにより、渦が発生しやすいファンブレード83aの端部とケーシング4との隙間を小さくすることで渦を小さくすることができる。渦が小さくなれば、静音効果が高くなる。
Further, as shown in FIG. 11, the gap t, which is the clearance between the
図12は、図11で示した突部85の回転方向の長さhとギャップtの割合と、騒音の大きさの関係を示した図である。図12において、h/t≧1/4とすると、ギャップtに生じる漏れ渦の渦抑制効果を得ることができ低騒音ファンを実現できる。特にh/t≧1/2とすることで、渦抑制効果が顕著になり、より低騒音化することができる。
FIG. 12 is a diagram showing the relationship between the ratio of the length h of the
ファンブレード83aに発生する基本渦スケールはファンブレード83aの高さLであり、突部85の回転方向の長さhをファンブレード83aの高さLより大きくしても低騒音化の効果は限定的であるため、h≦Lとし効果的に騒音を低減する。
The basic vortex scale generated in the
前述した通り、以上の説明は、フロント側の冷却ファン83に突部85を形成することで説明したが、リア側の冷却ファン84に突部85と同様の突部を形成してもよい。また、突部の形成は、ファンブレード端部に発生する空気の渦の大きさに応じて、冷却ファン83と冷却ファン84の一方あるいは両方に形成してもよい。これにより、回転電機に取り付けられた全ての冷却ファンの風音低減を実現することができる。
As described above, the above description has been made by forming the
本願は、例示的な実施の形態が記載されているが、実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。
従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも1つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合が含まれるものとする。
Although exemplary embodiments are described in the present application, the various features, embodiments, and functions described in the embodiments are not limited to the application of a particular embodiment, either alone or. It can be applied to embodiments in various combinations.
Therefore, innumerable variations not illustrated are envisioned within the scope of the techniques disclosed herein. For example, it is assumed that at least one component is modified, added or omitted.
1:車両用回転電機、2:フロント側ハウジング、3:リア側ハウジング、4:ケーシング、5:ベアリング、6:シャフト、7:プーリ、8:回転子、10:スリップリング、11:ブラシ、12:電圧調整器、13:整流装置、17:ブラシホルダ、19:サーキットボード、20:コネクタ、27:保護カバー、81:界磁巻線、82:界磁鉄心、83、84:冷却ファン、83a:ファンブレード、85、86:突部、9:固定子、91:固定子鉄心、92:固定子コイル、921:リード線 1: Rotating machine for vehicles 2: Front side housing 3: Rear side housing 4: Casing 5: Bearing, 6: Shaft, 7: Pulley, 8: Rotor, 10: Slip ring, 11: Brush, 12 : Voltage regulator, 13: Slip ring, 17: Brush holder, 19: Circuit board, 20: Connector, 27: Protective cover, 81: Field winding, 82: Field iron core, 83, 84: Cooling fan, 83a : Fan blade, 85, 86: Protrusion, 9: Stator, 91: Stator core, 92: Stator coil, 921: Lead wire
本願に開示される回転電機は、ケーシング内部に収容され、回転軸と同期して回転する回転子に環状に固定された冷却ファンにより、ケーシング外からケーシング内に通風させて冷却するものであって、冷却ファンは、回転軸方向に伸びるファンブレードと、ファンブレードの回転軸方向端部を反回転方向、もしくは回転方向と反回転方向の両方向に折り曲げて形成された突部と、を有する。
The rotary electric machine disclosed in the present application is housed inside a casing and is cooled by ventilating the inside of the casing from the outside of the casing by a cooling fan ring-fixed to a rotor that rotates in synchronization with the rotating shaft. The cooling fan has a fan blade extending in the rotation axis direction, and a protrusion formed by bending an end portion of the fan blade in the rotation axis direction in a counter- rotation direction or in both a rotation direction and a counter-rotation direction.
Claims (15)
h/t≧1/4であることを特徴とする請求項1から14のいずれか一項に記載の回転電機。 When the circumferential length of the protrusion is h and the gap between the protrusion and the casing is t,
The rotary electric machine according to any one of claims 1 to 14, wherein h / t ≧ 1/4.
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