JP2903574B2 - 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。

「従来の技術」 ランデル型の交流発電機では、爪形磁極を有するポー
ルコアを一対互いに相対させて組み合わせ、界磁コイル
を挟持してロータを構成している。また、ステータは、
環状のステータコアの内周面に形成されたスロットに電
機子コイルのコイル辺を挿入し、コイル端をステータコ
アの端面から両側方に突出させて構成されている。

従来のこの種の交流発電機は、ポールコアの肩部が直
接電機子コイルのコイル端直立部に対向し、その間を遮
る部材は設けられていなかった。そして、ロータの界磁
コイルの冷却は、ロータと一体に回転する送風ファンに
より互いに相対する爪形磁極間の空隙に風を送ることに
より行っていた。

「発明が解決しようとする課題」 しかしながら、近年の車両用交流発電機への高出力の
要請に従い、車両用交流発電機の高速駆動が広く普及し
てきた。そして、高速駆動に伴い、車両用交流発電機の
騒音が増加するという問題点が生じた。高速駆動時の騒
音の多くは、ロータの回転に伴う風切音であり、なかで
も、ポールコアの隣接する爪形磁極の肩部より発生する
冷却風ピッチノイズが大きな部分を占めている。

上記高速駆動時の冷却風ピッチノイズを調査した結
果、この冷却風ピッチノイズは、ポールコアと径方向に
対向して配置されたステータの電機子コイルのコイル端
直立部との干渉により増幅され、高速時の騒音を増加し
ていることが判明した。これは次の理由による。第２図
に示す様に、電機子コイル10のコイル端12はステータコ
ア７のスロット８から軸線方向に突出した直立部13と、
それに引続き円周方向に折曲されると共に冷却効果を狙
って偏平に拡げられた偏平部14とからなる。一方、電機
子コイル10のコイル端12に対向するローラの円周部に
は、交互に組み合わされた爪形磁極とその間の空隙とが
交互に存在する。このため、ポールコアの回転により爪
形磁極間の空間に生じる風圧が、スロット８毎に等ピッ
チで存在する電機子コイル10のコイル端直立部13と干渉
し、ときには共振し、送風ピッチノイズの増加を招いて
いた。

また、一部の回転数では、爪形磁極の振動が騒音の源
となる場合もあった。

本発明は、上記の問題点に鑑みなされたものであり、
その目的とするところは、車両用交流発電機の高速駆動
時の騒音を低減することにある。

「課題を解決するための手段」 上記の目的を達成するため、本発明では、軸方向に折
曲された複数の爪形磁極を有する一対のポールコア、界
磁コイル及び回転軸を有するロータと、そのロータの爪
形磁極に対向する磁極を内周面に有する環状のステータ
コア及びそれに巻回された電機子コイルを有するステー
タと、前記ロータの軸方向両端面に設けられた冷却ファ
ンと、を備える車両用交流発電機において、各々の前記
ポールコアの肩部に、前記ステータコアの内周面から外
れた外周面と軸方向端面とに沿って固定された非磁性材
料で形成されたリング体をさらに備え、前記リング体
は、前記外周面側において、前記外周面と前記電機子コ
イルのコイル端直立部との間を画するように設けられ、
前記端面側において、前記冷却ファンと前記ポールコア
との間に位置するとともに、隣り合う前記爪形磁極間を
軸方向に貫通する通風経路を前記ポールコアとの間に形
成しており、前記両冷却ファンのうち、少なくとも一方
は、前記通風経路を通して送風する斜流ファンを含むこ
とを特徴とする車両用交流発電機が提供される。

また、前記リング体は各ポールコアの肩部に固定さ
れ、その各リング体には端縁から内径方向に突出する舌
片が形成され、その舌片が、当該リング体が固定された
ポールコアに相対するポールコアの爪形磁極の先端部に
当接するようにされていることが好ましい。

また、前記リング体の前記端面に沿った面の端縁から
外径方向には、前記通風経路を形成する凹部が設けられ
ていることが好ましい。

「作用」 上記のように構成された車両用交流発電機は、ポール
コア肩部の隣接する爪形磁極間の空間に生ずる風圧は、
リング体により遮られ、直接電機子コイルのコイル端直
立部に伝わらない。このため、ポールコアの肩部により
生ずる風圧が電機子コイルのコイル端直立部と干渉した
り共振したりせず、風切音及び冷却風ピッチノイズが低
減する。

また、リング体は、ロータの軸方向端面側において、
冷却ファンとポールコアとの間に位置しているので、冷
却ファンが隣り合う爪形磁極の間で、軸方向に倒れ込む
ように振動あるいは変形する際にも、この動きを規制す
ることができる。なお、リング体は、隣り合う前記爪形
磁極間を軸方向に貫通する通風経路を形成するため、爪
形磁極の軸方向への倒れ込みを防止するとともに、斜流
ファンによって軸方向に送られる冷却風の通路を提供す
ることを可能としている。なお、リング体の前記端面に
沿った面の端縁から外径方向には、通風経路を形成する
凹部が設けられているので、上記軸方向の通風を確実な
ものとしている。

また、リング体に舌片を設け、該舌片を相対するポー
ルコアの爪形磁極の先端部に当接させたものは、舌片の
当接により爪形磁極の振動を抑制し、騒音の発生を防止
する。

「実施例」 本発明の実施例について図面に従って具体的に説明す
る。

第１図は車両用交流発電機の断面図である。

発電機外殻をなすフロントフレーム１及びリアフレー
ム２は共に概略椀形状をなし、その開口部同士を直接当
接させて、図示しないボルトにより相互に締着固定され
ている。各フレーム1,2には冷却風吸入口3,5及び冷却風
吐出口4,6が設けられている。

フロントフレーム１の内周には環形状をしたステータ
コア７が固定されている。第２図に示す様に、ステータ
コア７の内周面にはスロット８が形成され、そのスロッ
ト８に電機子コイル10のコイル辺11が挿入されボンデン
グされてステータ９を構成している。電機子コイル10の
コイル端12は、スロット８から突出した直後の直立部13
と、円周方向に折曲され、かつ偏平にされた偏平部14と
からなる。電機子コイル10は、リアフレーム２に取付け
られた整流ユニット15に接続されている。

両フレーム1,2の端面部中央には、それぞれベアリン
グ16,17が取付けられ、そのベアリング16,17により回転
軸18が回転自在に支承されている。回転軸18には一対の
ポールコア21,22が固定され一体に回転する。各ポール
コア21,22は、中心部のコア部23,24に連続して軸方向に
折曲された６極の爪形磁極25,26を有する。その折曲さ
れた付近をポールコア21,22の肩部27,28と称することと
する。相対するポールコア21,22は互いにその爪形磁極2
5,26を相手方の爪形磁極25,26の間に挿入して組み合わ
され、内壁部に界磁コイル29を挟持し、ロータ30を構成
している。界磁コイル29は回転軸18の軸端部に設けられ
たスリップリング31,32に接続され、ブラシ33,34を介し
て外部から励磁電流が供給されるようになっている。

第３図にも示す様に、ロータ30の両端面をなす各ポー
ルコア21,22の背面には、金属製の遠心型冷却ファン35,
36が固定され、一体に回転する。特に、前方のポールコ
ア21に固定された冷却ファン35は、ブレードがロータ９
の回転方向に前傾させた斜流式に形成されており、２つ
のポールコア21,22の隣接する爪形磁極25,26の間に冷却
風を押し込むことができるようにされている。また、回
転軸18の前端には、プーリ37がナット38により固定さ
れ、図示しないエンジンにより回転駆動されるようにな
っている。

ここまでの構造は従来の車両用交流発電機と同じであ
る。本実施例では、各ポールコア21,22の肩部27,28にそ
れぞれリング体40,40′が嵌着されている。２つのリン
グ体40,40′は全く同一形状のものである。

第４図（ａ）はリング体40を示す正面図、第４図
（ｂ）は側面図であり、一部を破断して示している。こ
のリング体40はステンレス材等の非磁性材料で形成さ
れ、円環部41と内径側に延出された小さなフランジ部42
と舌片43とを有している。円環部41からフランジ部42に
至る曲線はポールコア21,22の肩部27,28の曲線に沿うよ
うに滑らかな曲線にされている。フランジ部42には大き
な円形の開口44が設けられると共に、その開口に６つの
凹所45が形成されている。また、その凹所45に対応して
円環部41の端縁には、６箇所に舌片43が設けられてい
る。舌片43は円環部41の端縁から軸方向に突出すると共
に、内径方向に折曲する形状で内径側に突出するように
されている。

第５図は上記リング体40を一つのポールコア21の肩部
27に嵌着した状態を示す正面図である。リング体40は、
ポールコア21の肩部27に嵌着され固定されている。リン
グ体40はその各舌片43が隣接する爪形磁極25の中間に位
置するように固定される。リング体40の外周面の径は爪
形磁極25の外面が構成するポールコア21の外径と略等し
くされている。リング体40が嵌着されたポールコア21を
正面から見ると、爪形磁極25の先端と舌片43とが円周上
に交互に並んでいる。そして、リング体40のフランジ部
42は爪形磁極25の間において凹所45により大きく開口さ
れている。これは、冷却風の挿通を容易にするためであ
る。

再び第１図を参照し、上記のようにリング体40,40′
が嵌着されたポールコア21,22が２つ用意され、互いに
爪形磁極25,26を相対するポールコア22の爪形磁極25,26
の間に挿入して組み合わされて回転軸18に固定され、ロ
ータ30を構成している。このとき、リング体40,40′の
各舌片43,43′が相対する相手方のポールコア21,22の爪
形磁極25,26の先端部に当接し、いくらかの押圧力を爪
形磁極25,26の先端部に与えるようにして組み込まれ
る。また、リング体40の円環部41の幅は、ポールコア2
1,22からなるロータ30の外周面のうち、ステータコア７
の内周面から外れた肩部27,28の部分を丁度覆うように
形成されている。リング体40のフランジ部42は、ポール
コア21、22の肩部27、28において、冷却ファン35、36の
背面にまで軸方向内径側に延出されている。即ち、フラ
ンジ部42は、ポールコア21、22の軸方向端面と冷却ファ
ン35、36との間にまで、延出されている。

以上のように構成された車両用交流発電機の作動につ
いて説明する。図示しないエンジンによりプーリ37が回
転駆動されると、冷却ファン35も一体に回転し、フロン
トフレーム１の冷却風吸入口３から冷却風が吸入され
る。フロント側の冷却ファン35は斜流式に形成されてい
るので、冷却風の一部は軸方向に送られ、一部は半径方
向に送られる。半径方向に送られた冷却風は電機子コイ
ル10のコイル端偏平部14を冷却し、フロントフレーム１
の冷却風吐出口４から吐出される。軸方向に送られた冷
却風は、ポールコア21,22の爪形磁極25,26の間を通過
し、界磁コイル29を冷却してポールコア22の後方に送ら
れる。爪形磁極25,26の間からポールコア22の後方に吐
出された冷却風は、リア側の冷却ファン36により半径方
向に転流し、電機子コイル10のコイル端偏平部14を冷却
して、リアフレーム２の冷却風吐出口６から吐出され
る。また、リア側の冷却ファン36の回転により、リアフ
レーム２の冷却風吸入口５から外気が吸入され、ポール
コア21,22を通過してきた前述の冷却風と共に半径方向
に送られ、コイル端偏平部14を冷却する。

上記のような冷却風の流れにおいて、本実施例ではリ
ング体40,40′が各ポールコア21,22の肩部27,28を覆う
ように設けられているので、各ポールコア21,22の肩部2
7,28に生ずる風圧が直接電機子コイル10のコイル端直立
部13と干渉することが防止でき、冷却風ピッチノイズを
減少する。また、冷却ファン35,36により半径方向に送
られる冷却風も直接コイル端直立部13に当たらないよう
にされているので、冷却ファン35,36による冷却風ピッ
チノイズも減少できる。

さらに、各リング体40,40′には舌片43,43′が設けら
れ、各舌片43,43′が相対する爪形磁極25,26の先端に当
接し押圧するようにされているので、爪形磁極25,26の
先端の振動を減衰させ、振動による騒音の発生を防止す
る。

各リングタ体40,40′は非磁性材料で形成されている
ので、冷却風の流れに影響を与えるのみで交流発電機の
出力等の機能には何ら影響を与えない。

第６図は無負荷での騒音レベルの実測値を示す特性図
である。実線で本実施例の騒音レベルを、破線でリング
体40,40′を有さない従来の発電機の騒音レベルをそれ
ぞれ示す。特性曲線Ａ及びＢは全ての周波数領域を総合
した総合的な騒音レベルを示し、特性曲線Ｃ及びＤは回
転数の第６次高調波成分における騒音レベルを示してい
る。第６次高調波成分を特に取り出したのは、各ポール
コア21,22が爪形磁極25,26を６個備えているので、冷却
風ピッチノイズを代表するからである。図から明らかな
ように、本実施例では冷却風ピッチノイズである第６次
高調波成分の騒音が大幅に減少されており、総合的な騒
音レベルも低減されていることが示されている。

前記実施例ではリング体40,40′に舌片43,43′を設け
爪形磁極25,26の振動を制振するようにしたが、通常爪
形磁極25,26の振動はかなり高い回転数でのみ問題とな
るため、第７図に示す様に、リング体50には舌片43を設
けない構造とし、単純にポールコア21,22の肩部による
風切音の低減のみを目的としても、十分な騒音低減の効
果を得ることができる。

また、前記実施例ではリング体40,40′をポールコア2
1,22の肩部27,28に嵌着することとしたが、リング体40,
40′のフランジ部42をポールコア21,22の背面にリベッ
ト等の用いて強固に接合するようにしてもよい。

「発明の効果」 本発明は、上記の構成を有しポールコアの肩部近傍の
外周面と電機子コイルのコイル端直立部とを画するリン
グ体が設けられているものであるから、ロータの回転に
伴う風切音及び冷却風ピッチノイズを減少し、車両用交
流発電機の騒音を低減することができるという優れた効
果がある。

また、リング体に舌片を設けたものでは、上記の効果
に加え、爪形磁極の振動に起因する騒音を抑制し、車両
用交流発電機の騒音を低減することができる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示し、第１図は車両用交流発電
機を示す縦断面図、第２図は内径側から見たステータを
示す内視図、第３図はロータを示す斜視図、第４図
（ａ）はリング体を示す正面図、同図（ｂ）は側面図、
第５図はリング体が嵌着されたポールコアを示す正面
図、第６図は騒音レベルと回転数との関係を示す特性図
であり、第７図（ａ）及び（ｂ）は第２の実施例である
リング体を示す正面図及び側面図である。 ７……ステータコア、９……ステータ、10……電機子コ
イル、13……コイル端直立部、14……コイル端偏平部、
18……回転軸、21,22……ポールコア、23,24……コア
部、25,26……爪形磁極、27,28……肩部、30……ロー
タ、40……リング体、43……舌片。

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】軸方向に折曲された複数の爪形磁極を有す
   る一対のポールコア、界磁コイル及び回転軸を有するロ
   ータと、そのロータの爪形磁極に対向する磁極を内周面
   に有する環状のステータコア及びそれに巻回された電機
   子コイルを有するステータと、前記ロータの軸方向両端
   面に設けられた冷却ファンと、を備える車両用交流発電
   機において、 各々の前記ポールコアの肩部に、前記ステータコアの内
   周面から外れた外周面と軸方向端面とに沿って固定され
   た非磁性材料で形成されたリング体をさらに備え、 前記リング体は、前記外周面側において、前記外周面と
   前記電機子コイルのコイル端直立部との間を画するよう
   に設けられ、前記端面側において、前記冷却ファンと前
   記ポールコアとの間に位置するとともに、隣り合う前記
   爪形磁極間を軸方向に貫通する通風経路を前記ポールコ
   アとの間に形成しており、 前記両冷却ファンのうち、少なくとも一方は、前記通風
   経路を通して送風する斜流ファンを含むことを特徴とす
   る車両用交流発電機。
2. 【請求項２】前記リング体は各ポールコアの肩部に固定
   され、 その各リング体は端縁から内径方向に突出する舌片が形
   成され、 その舌片が、当該リング体が固定されたポールコアに相
   対するポールコアの爪形磁極の先端部に当接するように
   されていること、 を特徴とする請求項１記載の車両用交流発電機。
3. 【請求項３】前記リング体の前記端面に沿った面の端縁
   から外径方向には、前記通風経路を形成する凹部が設け
   られていることを特徴とする請求項１または請求項２に
   記載の車両用交流発電機。