JP2847870B2 - 車両用交流発電機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、車両用交流発電機に関するもので、特に車
両用交流発電機の冷却に関するものである。

（従来の技術） 従来より、車両の電気負荷の増大、使用環境の広範囲
化に伴い高出力かつ耐環境性の良好な車両用発電機が求
められている。

例えば特開昭62−189941号公報に開示される車両用交
流発電機は、高出力化をはかるための冷却装置として、
発電機内部の発熱源になるフィールドコイルおよびステ
ータコイルを直接冷却液により冷却する。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、このような従来の車両用交流発電機
は、フィールドコイルよりもむしろステータコイルを積
極的に冷却する構成であるため、高出力化のために充分
冷却しなければならないフィードコイルの冷却が不充分
となっていた。

すなわち、第３図に示すように、発電機１の入口部２
よりフレーム３内に導入した冷却液によりステータコイ
ル４とローラ５間を冷却した後、フィードコイル６を冷
却し、ローラ５とフィードコイル６間の微小隙間７に冷
却液の流れがほとんどない状態で、フレーム３の前部の
出口部８より冷却液を矢印方向に吐出させている。この
ため、フィールドコイル６の温度上昇により励磁電流が
減少することを考慮すると発電機の出力向上のためにフ
ィールドコイル６の冷却を促さなければならないのにも
かかわらず、最も発熱量の多いステータコイル４を優先
して冷却し、熱を奪った冷却温液の滞留した状態でフィ
ールドコイル６を冷却するので、フィールドコイル６の
冷却効果が不充分であった。

さらに、ステータコイル４とロータ５の間の微少隙間
９にある冷却液の粘性によりローラ駆動力の損失は、剪
断力の作用に起因して大きくなるのであるが、この動力
損失を低減するには微少隙間９を拡大するかあるいは冷
却液の温度を上昇させて冷却液の粘性を低下させること
が考えられる。しかし、微少隙間９を拡大することは発
電機の性能上好ましくなく、また発電機外部の冷却液回
路10で冷却された最も低温かつ粘性の高い冷却液を入口
部２からまず微少隙間９に流入するため動力損失が相対
的に大きくなっていた。

本発明は上記従来技術の問題点に鑑み、冷却液によっ
て発電機を効率よく冷却することで効率よく発電機の出
力向上を図ることを目的とする。

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するために請求項１記載の発明では、
励磁電流により励磁されるフィールドコイルと、電磁誘
導により起電力が発生するステータコイルとを備える車
両用交流発電機において、冷却液入口と冷却液出口とを
設け、前記冷却液入口から流入する冷却液により前記フ
ィールドコイルを前記ステータコイルに優先して冷却す
る冷却液通路を備えることを特徴とする車両用交流発電
機という技術的手段を採用する。

この請求項１記載の発明では、前記ステータコイルに
発生する交流電力を整流する整流器をさらに備え、前記
整流器を前記ステータコイルに優先して冷却する冷却液
通路を構成している。

また、この請求項１記載の発明では、前記冷却液通路
は、前記冷却液入口から流入する冷却液を前記フィール
ドコイルと前記整流器とに分岐させる分岐部を備えるよ
う構成している。

さらに、前記フィールドコイルと前記ステータコイル
とを内部に収容し、前記冷却液通路を形成するフレーム
と、前記フレーム内に収容されポールコアが固定された
シャフトと、前記シャフトを前記フレームに回転可能に
支持させるメタルベアリングとをさらに有し、前記メタ
ルベアリングの内周壁面には、前記分岐部としてのＶ字
状の溝が形成されるという技術手段を採用してもよい。

（作用および発明の効果） 本発明の車両用交流発電機によると、冷却液入口から
流入した比較的低温の冷却液によってステータコイルに
優先してフィールドコイルが冷却されるので、フィール
ドコイルから効率よく大容量の熱が奪われ、発電機の高
出力化が図られる。

また、整流器をステータコイルに優先して冷却する構
成を採用するので、耐熱性に関する負担を軽減すること
ができる。

さらに、冷却液入口から流入する冷却液をフィールド
コイルと整流器とに分岐させる分岐部を採用するので、
フィールドコイルと整流器との両方をステータコイルに
優先して冷却することができる。

なお、分岐部をメタルベアリングの内周壁面に形成す
ることで、冷却液をフィールドコイルと整流器とに確実
に分配することができる。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面にもとづいて説明する。

まず交流発電機の構造について第１図にもとづいて説
明し、次いで交流発電機の冷却系統について詳述する。

第１図において、ボルト10等により相互に固定される
フロントフレーム12とリヤフレーム13の内周には、周知
の如くステータコア15とこれに巻かれたステータコイル
16から構成されるステータ14が固定されている。

ステータコイル16に電磁誘導により起電力を発生する
ためのフィールドコイル17は、金属製ボビンに巻回され
て図示のようにリアフレームに固定されている。図示の
ようにフィールドコイル17の内周には爪付ポールコア18
のボス部18aとボス部19とが配置されている。ポールコ
ア18、ボス部19を機械的に固定するシャフト20は、ベア
リング21、22により回転自在に支持される。

シャフト20の前端には図示しないエンジンからの回転
駆動力が伝達されるプーリ25がナット26およびワッシャ
27により締付固定されている。

次に、冷却系統について説明する。

交流発電機のリヤフレーム13の底部には冷却液を発電
機内部に導入するための入口パイプ40が取付られてい
る。またフロントフレーム12には冷却後の冷却液を吐出
する出口パイプ41が取付けられている。

リヤフレーム13に設けられるシャフト20の軸受用メタ
ルベアリング22の内周部には、発電機外部より入口パイ
プ40から冷却液を図示矢印ａ方向に導入する穴43が形成
され、この穴43に連通する連通孔44がメタルベアリング
22の両端に第１溝45と第２溝46により連通されている。

メタルベアリング22の詳細は、その展開図が第２図に
示されるように、穴43に連通される連通孔44がメタルベ
アリング22の内周壁面に開口され、この連通孔44の出口
部から直交方向に互いにＶ字状に前端側に開口される第
１溝45と後端側に開口される第２溝46が形成される。第
１溝45と第２溝46の上流側合流部に連通孔44の出口部が
開口している。

第１溝45を通る冷却液流路は、ポールコア18のボス部
外周18a、爪部内周47、リヤフレーム13とインロー方式
で密着固定されたフィールドコイル17との間に形成され
る唯一の間隙を通る。第２溝46を通る冷却液流路は、リ
ヤフレーム13とリヤカバー48との間に取付けられる整流
器50と図示しないレギュレータとを通る。第１溝45と第
２溝46により分岐される冷却液流路の下流部は、第１図
示矢印ｂとｃに示すように合流した後ステータ14とポー
ルコア18およびポールコア19との間に形成される間隙52
に連通し、さらには同図示矢印ｄ方向に出口パイプ41に
接続されている。

出口パイプ41から吐出された冷却液は、発電機外部に
備えられる冷却液回路11の熱交換器61、タンク62、ポン
プ63を連結する配管中を図示矢印方向に流れる。

メタルベアリング19に形成する連通孔44、第１溝45お
よび第２溝46の径、形状等は、発電機の出力、フィール
ドコイル17、ステータコイル16、整流器50ならびにレギ
ュレータの発熱量、冷却液の種類等によって必要な流量
が流れるように穴径、溝幅、溝深さ、溝角度（第２図に
示すθ）等により自在に適宜設定することが可能であ
る。

ポンプ63から圧送された冷却液は、入口パイプ40から
発電機内部に流入し、穴43を通ってメタルベアリング22
の連通孔44の最下流端で第１溝45と第２溝46の２系統に
分岐され、第１溝45を通る冷却液はフィールドコイル17
とポールコア19との間の間隙を図示矢印方向に流れてフ
ィールドコイル17の冷却を行う。第２溝46を流れる冷却
液は、図示矢印方向に流れて整流器50、レギュレータ等
の冷却を行う。そしてこれらの冷却液が合流し、その合
流した冷却液は、ステータ14とポールコア18との間の間
隙52を流れてステータコイル16を冷却し、ステータコイ
ル16から熱を奪った冷却液は、出口パイプ41から外部に
吐出される。冷却通路60を流れる冷却液は、熱交換器61
により冷却されてタンク62に戻る。そしてタンク62から
ポンプ63により汲上げられる冷却液は、入口パイプ40か
ら発電機内部に流入し前述した冷却回路を前述の如く循
環する。

上記構成によれば、発電機の外部の冷却液回路11で最
も冷却された冷却液がポンプ63によりタンク62から汲上
げられて入口パイプ40から発電機の内部に流入される。
この最も冷却された冷却液は、穴43を通ってメタルベア
リング22に形成される連通孔44を通り、第１溝45と第２
溝46とに分岐されて発電機内部に流入する。このため、
発電機の性能に大きく影響するフィールドコイル17と一
般に耐熱性の低い整流器50を前記最も冷却された冷却液
により冷却するので、フィールドコイル17の電気抵抗を
効果的に低減するため、励磁電流が増大し、発電機の性
能の向上を図ることができるとともに、整流器50をより
低温に保持するので、整流器50の耐熱性も向上する。

フィールドコイル17と整流器50とを冷却して熱せられ
た粘性の低くなった冷却液が、ポールコア18とステータ
14間の微少隙間52内に流入するので、ロータとしてのポ
ールコア18の爪部に作用する剪断力による動力損失を低
減する。この場合、ステータ14は発電機内部の発電機各
部において高温に対しての耐熱性が良好であり、しかも
ステータ14の温度は性能に影響が少ないので問題はほと
んど発生しない。したがって、このような冷却液流路の
構成によれば、最良の冷却効率を発揮し発電機の性能を
向上するとともに、ロータとしてのシャフト20を回転す
るための駆動力を低減することができる。

前記実施例においては、メタルベアリングに形成した
第１溝と第２溝により冷却液の流路を２系統に分岐した
が、他の実施例としてはリヤフレームの穴加工により発
電機の前後に冷却液を分岐させるように冷却液の流路を
構成しても良い。また、整流器、レギュレータ等を直接
液冷しない場合は、冷却液を分岐させずにフィールドコ
イルの周囲に流通させるようにしても良い。さらには、
冷却液回路は、専用ポンプを設けなくとも、例えばパワ
ーステアリングポンプ、ウォーターポンプ等を併用する
ことも可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例による車両用交流発電機を表わ
す断面図、第２図はそのメタルベアリングの内周面を表
す展開拡大図、第３図は従来例の車両用交流発電機を表
す断面図である。 12……フロントフレーム、 13……リヤフレーム、 15……ステータコア、 16……ステータコイル、 17……フィードコイル、 18……ポールコア、 19……ボス部、 20……シャフト、 40……入口パイプ（冷却液吸入口）、 41……出口パイプ（冷却液吐出口）、 43……穴（冷却液流路）、 44……連通孔（冷却液流路）、 45……第１溝（冷却液流路）、 46……第２溝（冷却液流路）。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】励磁電流により励磁されるフィールドコイ
   ルと、電磁誘導により起電力が発生するステータコイル
   とを備える車両用交流発電機において、 前記ステータコイルに発生する交流電力を整流する整流
   器をさらに備え、 冷却液入口と冷却液出口とを設け、前記冷却液入口から
   流入する冷却液により前記フィールドコイルを前記ステ
   ータコイルに優先して冷却するとともに、前記整流器を
   前記ステータコイルに優先して冷却する冷却液通路を備
   え、 前記冷却液通路は、前記冷却液入口から流入する冷却液
   を前記フィールドコイルと前記整流器とに分岐させる分
   岐部を備えることを特徴とする車両用交流発電機。
2. 【請求項２】前記フィールドコイルと前記ステータコイ
   ルとを内部に収容し、前記冷却液通路を形成するフレー
   ムと、前記フレーム内に収容されポールコアが固定され
   たシャフトと、前記シャフトを前記フレームに回転可能
   に支持させるメタルベアリングとをさらに有し、前記メ
   タルベアリングの内周壁面には、前記分岐部としてのＶ
   字状の溝が形成されることを特徴とする請求項１記載の
   車両用交流発電機。