JP3279258B2 - 車両用交流発電機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は乗用車、トラック等
に搭載される車両用交流発電機に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、車外騒音低減の社会的要請や車室
内静粛性向上による商品性向上の狙いから、エンジン騒
音が低下してきており、これに伴い比較的高速で回転す
る補機、とりわけ車両用交流発電機のファン騒音が耳障
りとなってきた。また、車両走行抵抗の低減や視界向上
のためのスラントノーズ化や車室内居住空間の確保のニ
ーズからエンジンルームはますます狭小化しつつある。
これによりエンジンルーム内に熱がこもるため、車両用
交流発電機の周辺温度が上昇して車両用交流発電機の熱
損失が増加してきている。一方、車両用交流発電機は安
全制御機器等の電気負荷の増加に伴う発電量増加の要求
もある。しかし、エンジンルームの狭小化により搭載余
裕も無くなりつつあり、小型のままで周辺温度の上昇に
もかかわらず、高出力化を達成しなければならない状況
である。これに対し、冷却風量を増加させるべく、ファ
ンを大型化すると、前述のファン騒音がさらに大きくな
る。

【０００３】以上のことを背景として、ファン騒音が低
く、温度の高い周囲環境下においても小型で高出力な車
両用交流発電機を提供することが求められている。製造
コストの低減要求は言うまでもない。小型、高出力化に
ついては、発電機の基本構成である回転子と固定子につ
いて起磁力の増加、磁気回路の改良とともに、冷却ファ
ンを回転子の磁極両側面に固定して内蔵化することによ
り冷却性を向上させることが、一般に実施されている。
この一般的構造の車両用交流発電機において、ファン騒
音とは、ファンによる径方向への冷却風とこの風により
冷却される固定子コイルエンドとの干渉音、およびファ
ン自体の回転で発生する風切り音である。

【０００４】実開平３−７６４８号公報には、このよう
なファン音を低減することができる冷却ファンが開示さ
れている。図１９に示すように、羽根１９１を不等ピッ
チ間隔で周方向に配置したファン１９を用いることによ
って、冷却風と固定子コイルエンドとの干渉音の周波数
スペクトルが分散されると共に、各羽根１９１を外径方
向に向かうに従い反回転方向に倒した曲面とすることに
より、風の流れを円滑にして風切り音も低減することが
できる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した実
開平３−７６４８号公報に開示された車両用交流発電機
では、図１９に示したようにファン１９を回転子の磁極
鉄心７の端面に固定する場合に、１個の爪の軸方向端面
に１個あるいは２個の羽根が存在することになり、この
結果、多数の小型の羽根が回転するので、羽根周辺の風
の流れは依然として乱れ易く、不等ピッチ配置による騒
音周波数スペクトルの分散や、羽根の曲面化による騒音
低減の効果は充分に得られない。さらに、配置間隔を狭
くした不等ピッチ配置であり、等ピッチ配置に比べて冷
却風の安定した流れが阻害されるため、その結果、冷却
風量が減少し、発電機の温度が上昇する。よって、周囲
温度が年々上昇傾向にあるエンジンルーム内において、
発電機の小型、高出力化はますます難しくなる。

【０００６】本発明は、上記の従来の問題点を解決する
ものであり、ファン騒音が低く、温度の高い周囲環境下
においても冷却性を向上させることにより小型で高出力
化を達成し、コスト的にも優れた車両用交流発電機を提
供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ために、本発明は、冷却ファンの羽根枚数を少なく設定
し、ファン外径を縮小し、冷却風の当たる固定子コイル
のコイルエンド形状を通風性及び冷却性が良く騒音シー
ルドにもなる形状とすることなどによって、ファン騒音
を干渉音、風切り音とも、大幅に低減し、冷却性を確保
して小型、高出力化を達成できる車両用交流発電機を安
価に提供するものである。

【０００８】請求項１に記載の発明によれば、回転駆動
される複数の爪状磁極を持つ磁極鉄心を有する界磁回転
子と、前記回転子の外周に対向配置された固定子と、前
記回転子と前記固定子とを支持するフレームとを有し、
前記フレームの軸方向端部に複数の吸気孔が設けられ、
外周部に複数の排気孔が設けられ、前記回転子の回転に
連動して機内に冷却風の流れを生じさせる手段を備える
車両用交流発電機において、前記回転子は、前記磁極鉄
心の軸方向両端面のうち、少なくとも反駆動側の端面に
複数の羽根を有するファンを備え、前記羽根の数は、前
記ファンが備わった端面を有する前記磁極鉄心の爪状磁
極の数よりも少なく、前記羽根は、外径方向に向かうに
従い反回転方向に湾曲した曲面をなし、根元部円弧の弦
の長さをファン外径の３０％以上に設定したことを特徴
としている。

【０００９】これにより、回転子が回転したときに回転
子の磁極鉄心のファン効果によって生じる騒音と、ファ
ンのそれぞれの羽根によって生じる騒音とが同期するこ
とを防止することができ、これらの相乗効果によって騒
音が増大することを防ぐことができる。また、ファンの
羽根枚数を少なくすることにより、回転によって生じる
基本周波数成分や高調波成分が従来よりも低周波側に移
行するため、耳障りな高周波の風切り音の発生を低減す
ることができる。また、小さな羽根を多数設ける場合に
比べて１枚あたりの羽根面積を大きく設定できるので、
冷却風の流れを円滑にすることができる。これにより、
冷却性や耐久性を損なうことなく、風切り音を低減でき
る。

【００１０】なお、一般に駆動側にはベルトなどの配設
の関係上、空間が確保されているのに対し、反駆動側に
おいては空間余裕が無く、よって周囲温度は反駆動側が
駆動側よりも高い。したがって、少なくとも回転子磁極
鉄心の反駆動側端面にファンを配置し、冷却風量を確保
することが必要である。また、前記羽根は、外径方向に
向かうに従い反回転方向に湾曲した曲面をなし、根元部
円弧の弦の長さをファン外径の３０％以上に設定してい
るので、曲面形状を有する羽根周辺の風の流れを円滑に
することができる。また、一般には羽根の外径側になる
ほど周速が増して羽根周辺の風の流れも乱れやすくなる
のに対し、１枚の羽根の長さを一定比率（３０％）以上
にすることにより、羽根に沿った風の流れをより長くガ
イドして、風の流れが乱れることを防止することがで
き、騒音低減が可能になる。また、外径方向に向かうに
従って反回転方向に湾曲させた曲面形状の羽根を用いる
ことにより、一般には周速が最も増す最外径部分の傾斜
を周方向に最も近づけることができ、羽根の最外径部分
における冷却風の乱れを最小限に抑えることができる。
また、曲面形状とすることにより、羽根周辺の加工硬化
が高まるので耐遠心強度が増し、振動を抑えることがで
きる。

【００１１】請求項２に記載の発明によれば、請求項１
において、前記羽根の最外径部分の径方向に対する傾斜
角が６２°から６５°の範囲にあり、最内径部分の径方
向に対する傾斜角が６０°から７５°の範囲にあること
を特徴としている。このような最外径および最内径の傾
斜を有する羽根を用いることにより、羽根入口の衝突損
失を低減し、（理論断熱空気動力／軸動力）で表される
ファン効率ηを高めることができる。

【００１２】請求項３に記載の発明によれば、請求項１
または２において、前記ファンは、前記磁極鉄心の軸方
向端面に固定されるベース部を備え、前記ベース部と前
記羽根にはリブが無く、前記羽根の最外径部分は前記磁
極鉄心の最外径よりも小径であることを特徴としてい
る。回転する時のリブによるファン周辺の風の乱流を防
いで円滑な流れとすることにより、風切り音の発生を低
減できるとともに、冷却風量を増加させることができ
る。よって、同じ冷却風量を得るためには、従来よりも
ファン外径を小さくすることができる。この結果、ファ
ン外径と固定子コイルのコイルエンドとの距離を離すこ
とができるので、この空間での急激な圧力変動が緩和さ
れて、干渉音が減る。更に、リブが無いので、ファンの
型の形状簡易化により、型製作費低減や型寿命の向上を
図ることができ、製造コストの低減が可能となる。ま
た、ベース部の平坦面が増えるので、ファンを磁極鉄心
の軸方向端面に固定するための溶接やかしめ等の電極や
治具類の選択自由度が拡大し、このことからも製造コス
トを低減できる。

【００１３】請求項４に記載の発明によれば、請求項１
〜３のいずれかにおいて、前記ファンは、前記磁極鉄心
の軸方向端面に固定されるベース部を備え、前記ベース
部は、所定の曲率断面を持ちほぼ円筒状に前記フレーム
の吸気孔方向に突出するベルマウス部を有することを特
徴としている。これにより、軸方向の吸気孔から引き込
まれた軸流風が径方向に曲げられ遠心風となる時の風の
流れ方向の変化が滑らかとなるので、軸流風の衝突や、
それに伴う羽根周辺の乱流も抑制することにより、ファ
ンの風切り音を低減できる。

【００１４】請求項５に記載の発明によれば、請求項１
〜４のいずれかにおいて、前記固定子は、前記ファンか
らの送風を受けるコイルエンド群を備えており、このコ
イルエンド群は、固定子鉄心の周方向に沿って配列され
た複数のコイルエンドを含んでおり、これら複数のコイ
ルエンドが互いに離間して配置されることで、前記コイ
ルエンド群内を通る複数の通風可能な隙間が前記固定子
鉄心の周方向に関してほぼ均等に分布して形成されてい
ることを特徴としている。

【００１５】この構成によると、ファンから送風される
冷却空気を受けるコイルエンド群に複数の通風可能な隙
間が形成される。このため、ファンにより生起された空
気流によってコイルエンド群に含まれるコイルエンドを
効率よく冷却できる。しかもコイルエンド群への空気流
の衝突が和らげられ、空気流の衝突による騒音の発生を
抑えることができる。しかも、通風可能な隙間は周方向
に関してほぼ均等に分布しているため、ファンからの空
気流が周方向に関して一様にコイルエンド群内に流入で
きる。このため、空気流の疎密を防止し、騒音の発生を
抑えることができる。また、複数の通風可能な隙間は、
ファンが発生させる騒音に対して吸音部材としても働
き、ファンが発生させる風切り音などの外部への放射を
低減する。さらには、かかる通風可能な隙間を形成する
ことで、少ない冷却風でも高い冷却性を得ることがで
き、冷却性を高く維持しつつ、騒音の低減を図ることが
できる。

【００１６】なお、複数のコイルエンドを円周上に整列
して配列して、コイルエンド群の内周面を平滑な円筒面
とする構成を採用してもよい。この構成により、空気流
との部分的な過剰な干渉が防止でき、低騒音化が図れ
る。また、複数のコイルエンドを配列するにあたり、コ
イルエンド群内において複数のコイルエンドが径方向内
側から見て互いに交差するように配置し、径方向内側か
ら見て複数のコイルエンドがメッシュ状に交差するコイ
ルエンド群を形成した構成を採用してもよい。このよう
なメッシュ状のコイルエンド群は、ファンが発生させる
騒音に対して吸音部材としても働く。

【００１７】また、整列したコイルエンドを形成するた
めに、固定子コイルを形成する電気導体を、固定子鉄心
のスロット内においても整列させて配置することが望ま
しい。このような構成を採用することでコイルエンドを
規則的な形状とすることができ、上述のような通風可能
な隙間を有するコイルエンド群を形成しやすくなるとと
もに、スロット内における電気導体の占積率を高めるこ
とができる。これにより、電気導体の抵抗値の低減、高
出力化、体格の小型化といった効果を得ることができ
る。しかも、上述の改良されたファンにより、これらの
高出力化、小型化といった効果を存分に発揮しうる優れ
た冷却性能を与えることができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、この発明の車両用交流発電
機を図に示す各実施形態に基づいて説明する。 〔第一の実施形態〕図１から図１０は、この発明の第一
の実施形態を示したもので、図１は車両用交流発電機の
主要部断面図、図２、図３、図４、図５は本実施形態の
ファンの説明図、図６から図１０は本実施形態の固定子
の説明図である。

【００１９】車両用交流発電機１は、電機子として働く
固定子２、界磁として働く回転子３、固定子２および回
転子３を支持するフレーム４、５、固定子２に直接接続
され交流電力を直流に変換する整流器１５等から構成さ
れている。この整流器１５の出力端子はバッテリに接続
されている。シャフト６はプーリ１２に連結され、自動
車に搭載された走行用のエンジン（図示せず）により回
転駆動される。

【００２０】ランデル型磁極鉄心７は、シャフト６に勘
合固定されたボス部７１およびボス部７１の両端より径
方向に延びるディスク部７２、爪状磁極７３により構成
されている。磁極鉄心７の両側面には、冷却ファン１
１、１４のベース部１１２、１４２が当接され、溶接や
かしめなど適宜な手段によって固定されており、回転子
３と一体となって回転するので、このときに冷却風の流
れを生じさせる。

【００２１】冷却ファン１１、１４は、ともに金属板、
ここでは鉄板を所要形状に打ち抜いた後に羽根を起こし
て形成されており、いわゆるプレス成形あるいは板金成
形製品である。反駆動側のファン１１は、図２、図３に
示すように、羽根１１１が等角度θで配置され、内周側
には軸方向にベルマウス部１１３が形成され、大きな曲
率断面でベース部１１２につながっている。図２に示し
た矢印は回転方向を示し、羽根１１１は、外径方向に向
かうに従い反回転方向に湾曲した曲面形状を有してお
り、根元部円弧の弦の長さＷがファン外径φＤの４２％
に設定されている。この値は、３０％以上に設定される
ことが望ましい。また、羽根外径は回転子３の磁極鉄心
７の最外径よりも小とし、両者の外径の比率は約０．９
６に設定されている。また、回転中心軸からすべての羽
根１１１の距離は同一である。ここで、羽根１１１の内
縁は回転中心から距離ｒ１にある。このｒ１は、外縁の
回転中心からの距離φＤ／２の約６０％とされている。
ｒ１は、軸受部分の直径などにより、その最小径が制約
され、車両用交流発電機においては５０％から８０％の
範囲に設定することが望ましい。さらに羽根１１１は周
方向に隣りあった２つの爪状磁極７３に対応するディス
ク部７２の軸方向端面の間にわたって架かるような周方
向の長さをもっており、そのように配置されている。

【００２２】また、図４に示すように、羽根１１１は、
最外径部分の径方向に対する傾斜角α１が６３°に設定
され、また最内径部分の径方向に対する傾斜角α２が７
２°に設定されている。一方、駆動側のファン１４は、
図５に示すように、羽根１４１が等角度ψで配置され、
羽根１４１は矢印で示した回転方向に向かってベース部
１４２と鋭角を為す様に傾斜し、また外径方向に向かう
に従い反回転方向に湾曲した曲面となっている。また、
羽根１４１は、上述した反駆動側のファン１１に備わっ
た羽根１１１と同様に、根元部円弧の弦の長さＷがファ
ン外径φＤの約４２％に設定されている。また、最外径
部分の径方向に対する傾斜角、および最内径部分の径方
向に対する傾斜角がそれぞれ６３°および７３°に設定
されている。

【００２３】また、羽根１４１の外径は回転子３の磁極
鉄心７の最外径よりも小とし、両者の外径の比率は約
０．９６に設定されている。また、回転中心軸からすべ
ての羽根１４１の距離は同一である。ここで羽根１４１
の内縁は中心から距離ｒ２にある。このｒ２は、外縁の
中心からの距離φＤ／２の約７０％とされている。この
ｒ２は、駆動側の軸受部の直径が大きいことに配慮して
比較的大きい。さらに羽根１４１は、反駆動側のファン
１１の羽根１１１と同様に、周方向に隣りあった２つの
爪状磁極７３に対応するディスク部７２の軸方向端面の
間にわたって架かるような周方向の長さをもっており、
そのように配置されている。

【００２４】羽根１４１が回転方向に向けて傾斜してい
ることにより、冷却風の一部は回転子２の界磁コイル８
に沿って流され、界磁コイル８の冷却に寄与している。
また、ベース部１１２、１４２および羽根１１１、１４
１には補強リブが無い。フレーム４、５には、軸方向端
面に冷却風の吸気孔４１、５１が、固定子２のコイルエ
ンド３１に対向した部分に排気孔４２、５２が設けられ
ている。

【００２５】固定子２は、図６、図７、図８、図９、図
１０に示すように、固定子鉄心３２、固定子コイルを構
成する電気導体としての導体セグメント３３、及び鉄心
と導体とを電気絶縁するインシュレータ３４で構成さ
れ、フレーム４により支えられている。固定子鉄心３２
は、薄い鋼板を重ね合わせたもので、その内周面には多
数のスロット３５が形成されている。

【００２６】導体セグメント３３は、直線状の導体をほ
ぼＵ字状に折り曲げて形成されており、中央のターン部
３３ｃを挟んで内層側導体部３３ａと外層側導体部３３
ｂを有している。スロット３５内には２本の矩形状であ
る内層側導体部３３ａと外層側導体部３３ｂとが挿入さ
れ、固定子鉄心３２の軸方向側面の片側がターン部３３
ｃ、その他方が結線部３３ｄとなるように導体セグメン
ト３３が配置されている。また、導体セグメント３３の
コイルエンド稜線部３３ｅは、外層側導体部３３ｂと内
層側導体部３３ａのそれぞれにおいて同一方向に傾斜し
ており、隣接する導体部間は電気絶縁が確保できる所定
の隙間が設けられている。このようにして形成されるコ
イルエンドに、ファン１１、１４および回転子３のディ
スク部７２が対向している。この導体セグメント３３は
絶縁皮膜をもたない。このため、インシュレータ３４
は、図８に示すように、固定子鉄心３２と各導体部間、
およびスロット３５内の各導体部間を絶縁すべくＳ字形
状に配置される。なお、絶縁皮膜を有する導体セグメン
トを用いることもでき、この場合にはインシュレータは
固定子鉄心と各導体部間にのみ配置される。

【００２７】固定子コイルの製造工程は、図７に示す外
層側導体部３３ｂと内層側導体部３３ａとターン部３３
ｃとで構成されたほぼ同一形状のＵ字型の導体セグメン
ト３３を、固定子鉄心３２の軸方向側面の同一側にター
ン部３３ｃが揃うように重ね、外層側導体部３３ｂがス
ロット３５の外側に、内層側導体部３３ａがスロット３
５の内側に位置するように挿入する。この導体セグメン
ト３３は、銅平板を折り曲げ、プレス等でほぼＵ字型形
状に成形して製作され、ほぼ平行のスロット側面に外径
側、内径側各導体部の両側面がインシュレータ３４を介
して当接するように圧入される。その後、ターン部３３
ｃとは逆側の各導体部の先端を外層側導体３３ｂ、内層
側導体３３ａを互いに反対の周方向に折り曲げた後、異
層の導体部同士が電気的導通を取るように超音波溶着、
アーク溶接、ろう付け等で結線される。

【００２８】以上に述べた固定子コイルによると、スロ
ット内に規則的に配列された複数の導体セグメント３３
によって、固定子鉄心３２の両端面に複数のコイルエン
ドが形成される。しかも、それらのコイルエンドの形状
は、数種類に限られている。そして、それらが互いに干
渉することがないように規則的に配列されることで両端
面にコイルエンド群が形成されている。これらのコイル
エンド群は、複数のコイルエンドを規則的に整列させて
配置して形成されることから、内周面、外周面さらには
軸方向先端面において複数のコイルエンドが円形に整列
して並んでいる。このため、ほぼ均一な内径と外径と軸
方向長さとをもった環状のコイルエンド群が形成されて
いる。

【００２９】これらのコイルエンド群内においては、そ
れぞれのコイルエンドは、互いに離間しており、周方向
に関して均等に分布している。このため、コイルエンド
群内においては、複数のコイルエンドの間に数多くの通
風可能な隙間が形成される。しかも、それらの通風可能
な隙間は、周方向に関して均等に分布する。さらに、コ
イルエンドを形成する導体セグメント３３は、径方向に
長手方向をもった長方形断面をもっているため、径方向
に沿って広い通風可能な隙間が形成される。さらに、コ
イルエンド群内においては隣り合う層の稜線部３３ｅが
内層と外層とにおいて逆方向に傾斜しているため、コイ
ルエンドが交差して配置され、メッシュ状の形状が得ら
れる。

【００３０】このようなコイルエンド群は、冷却性向上
と、騒音低減とに貢献する。 〔第一の実施形態の作用効果〕ファン１１、１４の羽根
１１１、１４１の数は６であり、回転子３の爪状磁極７
３の数が８であるので、羽根１１１、１４１の回転によ
って発生する風切り音が回転数の基本周波数の６倍の周
波数を主な成分として持つのに対し、爪状磁極７３の回
転によって生ずる風切り音は８倍の周波数が主な成分で
ある。よって、両者の相乗効果による騒音増大は防止で
きる。

【００３１】なお、ファン外径に対する弦の長さの比率
と風切り音のレベル比較を図１１に示す。ファン外径を
φ８７ｍｍとし、回転数を１２０００ｒｐｍとし、羽根
の弦の長さを変化させた場合の風切り音のレベル変化を
示している。また、ファン外径φ８７、比率４２％での
騒音レベルを基準として、この基準値からの差をプロッ
トしており、図中Ａは羽根枚数を６、爪状磁極数を８と
した場合であり、Ｂは羽根枚数を７、爪状磁極数を８と
した場合である。

【００３２】図１１より、ファン外径に対する弦の長さ
を３０％以上に設定することにより、羽根１枚あたりの
面積を大きく設定し、羽根に沿った風の流れを長くガイ
ドすることができ、風の流れを円滑にできるので風切り
音を低減できる。より望ましくは、４０％以上とするこ
とにより、飽和低減領域に設定できる。なお、羽根１１
１、１４１をプレス成形するためには、上記比率は約５
０％が上限である。

【００３３】また、コイルエンド３１は、図６、図９、
図１０に示すように、ほぼ均一な隙間を持つメッシュ状
の円筒となる。よって、冷却風はコイルエンド３１の中
を通り抜け、しかもコイルエンド３１の内周は平滑な円
筒面であるので、両者の干渉音は大幅に低減される。さ
らに、冷却風はコイルエンド３１の中を通り導体セグメ
ント３３が効率的に冷却されるので、従来よりも少ない
冷却風量で効率的な冷却を行うことができる。これによ
り、従来よりもファン１１、１４の羽根１１１、１４１
の外径を小さくすることができる。よって、羽根外径と
固定子３のコイルエンド３１との距離が広がるので、回
転による冷却風が流れるときにこの狭い空間で発生して
いた急激な圧力変動が緩和され、その結果、干渉音が減
る。

【００３４】図１１に、磁極鉄心７の外径が約９１ｍｍ
の体格の車両用交流発電機において、羽根外径を縮小し
たときの、１２０００ｒｐｍでのファン騒音レベルの変
化を示す。回転子３の磁極鉄心７の外径に対する羽根外
径の比率を、従来の０．９９以上から下げるに従い、騒
音レベルは急激に下がるが、比率が約０．９６以下では
飽和に近づいている。

【００３５】また、ファン１１、１４の羽根間隔が等ピ
ッチであるため、このことからも同じ冷却風量を得るた
めには羽根１１１、１４１の外径を小さくすることがで
きる。また、ファン１１、１４の羽根１１１、１４１は
外径方向に向かうに従い半回転方向に湾曲した曲面とな
っているので、ファン１１、１４の周辺の風の流れをさ
らに円滑にできる。特に、羽根１１１、１４１の最外径
部分の径方向に対する傾斜角α１、および最内径部分の
径方向に対する傾斜角α２をそれぞれ６３°から７４°
の範囲に設定することにより、羽根入口の衝突損失を低
減し、（理論断熱空気動力／軸動力）で表されるファン
効率ηを高めることができる。

【００３６】図１３に、傾斜角α２＝７３°一定の条件
の下で、傾斜角α１を変化させた場合のファン効率ηの
変化を示す。また、図１４に傾斜角α１＝６３°一定条
件の下で、傾斜角α２を変化させた場合のファン効率η
の変化を示す。図１３、図１４より、傾斜角α１は６２
°〜６５°、傾斜角α２は６０°〜７５°において安定
した高いファン効率ηを得ることができるので、この範
囲にα１、α２を設定することが望ましい。

【００３７】また、羽根１１１、１４１にもベース部１
１２、１４２にも、従来例の図２０に示すようなリブ１
１５が無いので、回転時のリブによる乱流を防いで円滑
な流れとすることができる。また、ファン１１、１４は
それぞれ複数の羽根形状が同じであるから、回転時の各
羽根１１１、１１４によって生ずる圧力変化は同じとな
るので、ファン１１、１４の周辺の風の流れを円滑にで
きる。さらに、ファン１４のベース部１４２には、大き
な曲率断面を持ち、ほぼ円筒状にフレーム５の吸気孔５
１の方向に突出するベルマウス部１１３が形成されてい
るので、軸方向の吸気孔５１から引き込まれた軸流風が
径方向に曲げられて遠心風となるときの風の流れ方向の
変化が滑らかとなるので、軸流風のベース部１４２への
衝突や、それに伴う羽根１４１周囲の乱流も抑制され
る。以上の結果、風切り音の騒音レベルを低減できる。

【００３８】さらに、ファン１１、１４はメッシュ状の
コイルエンド３１に取り囲まれているので、一般にマイ
クロフォン等に被せられるメッシュ状のウィンドスクリ
ーンと同様に、ファン１１、１４からの風切り音を外部
に漏らさない効果もある。また、リブが無いので、ファ
ン１１、１４の成形型の形状を簡易化できるため、型製
作費や型寿命の向上を図ることができる。この結果、製
造コストの低減効果がある。また、ベース部１１２、１
４２の平坦面が増えるので、ファン１１、１４を磁極鉄
心７の軸方向端面に固定するための溶接やかしめなどの
電極や治具類の選択自由度が拡大し、このことからも製
造コストを低減できる。

【００３９】また、コイルエンド３１での異相間の導体
の干渉が回避できるので、容易にスロット３５の奥まで
導体セグメント３３を配設でき、高占積率化が可能とな
る。この結果、巻線の抵抗値を低減できるので、高出力
化を達成できる。巻線形成においては、Ｕ字状の導体セ
グメント３３の製作がプレス加工で容易に製作可能な形
状であること、また導体セグメント３３の電気接続部を
片側にそろえることができるので、巻線形成の生産工程
が容易になり、製造コストを低減できる。

【００４０】〔その他の実施形態〕第一の実施形態で
は、スロットあたりの導体数を２本としているが、導体
数が増えても同様にメッシュ状のコイルエンド３１を形
成できることは言うまでもない。一例として図１５に、
スロットあたりの導体数が４本の場合を示した。これに
より、よりメッシュが多層化されるので、ファン騒音の
低減効果が増す。

【００４１】第一の実施形態では、ほぼＵ字状の導体セ
グメントを用いたが、図１６に示すように、ほぼＪ字状
の導体セグメントを固定子鉄心３２の軸方向から直線部
３３ｈをそろえて差込んだ後、結線を固定子鉄心３２の
ほぼ両側面にて行い、全体として巻線を為すようにして
もよい。この場合、導体セグメントの形状がより単純化
されるので、セグメント自体の製作工程が容易になり、
安価な設備で対応できる。

【００４２】第一の実施形態では、冷却ファン１１、１
４を回転子３の磁極鉄心７の両側に設けたが、図１７に
示すように、片側のみにしてもよい。この場合、回転子
３の冷却ファンが設置されていない端面に、フレーム４
の吸気口４１の外周部の内壁面４３を近接させて対向さ
せることにより、この内壁面４３がファンのシュラウド
の役割を担うので、磁極鉄心７のディスク部７２のファ
ン能力が増す。これにより、冷却ファンを両側に設ける
場合に比べて、冷却ファンの数が減ることによる風切り
音の低減はもちろん、低減部品点数、加工工数を減らす
ことにより製造コストを低減できる。

【００４３】第一の実施形態では、冷却ファン１１、１
４の羽根位置を等ピッチθ、およびψとしたが、この本
明細書中でいう「等ピッチ」には±５％程度のものを含
めるものとする。さらに、意図的に±５％以上の差を持
たせて、いわゆる不等ピッチにしてもよい。不等ピッチ
でも、枚数、長さ等の条件を満たしていれば、同様の効
果を得ることができる。

【００４４】第一の実施形態では、駆動側、反駆動側と
もすべての羽根が周方向に隣りあった爪状磁極に対応す
るディスク部端面に架かっているが、それぞれのファン
の羽根の半数以上が上記のように配置され、残りの羽根
はディスク部端面上に配置されてもよい。また、必ずし
も全ての羽根１１１、１４１の根元部円弧の弦の長さを
ファン外径の３０％以上に設定するのではなく、一部の
羽根１１１、１４１についてこのような設定を行うよう
にしてもよい。また、羽根１１１、１４１を曲面形状に
形成する代わりに平板状に形成するようにしてもよい。
この場合、羽根１枚の根元部長さを羽根外径の３０％以
上に設定することにより、羽根周辺の風の流れを円滑に
することができ、ファンの風切り音の低減が可能とな
る。

【００４５】第一の実施形態では、駆動側のファン１４
の羽根１４１が回転方向に対して傾斜しているが、反駆
動側のファン１１の羽根１１１と同様に、ベース部１４
２に対しほぼ直角に曲げられた羽根としてもよい。この
場合、コイルエンド３１の冷却性が向上し、界磁コイル
８を冷却させるのと同様に出力向上の効果がある。な
お、以上に述べた実施形態ではファン１１、１４をいわ
ゆる板金製品としたが、これらを樹脂による成形にて製
造してもよい。

【００４６】第一の実施形態では、磁極鉄心７の外径を
約９１ｍｍとしたが、一般的な車両用交流発電機である
ところの磁極鉄心７の外径が７０〜１４０ｍｍであれ
ば、羽根枚数や羽根外径などを本発明の設定とすること
により、同様の効果を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第一の実施形態における車両用交流発電機の主
要部断面図である。

【図２】第一の実施形態における磁極鉄心の反駆動側端
面に設置されるファンと磁極鉄心の正面図である。

【図３】第一の実施形態における磁極鉄心の反駆動側端
面に設置されるファンの軸方向断面図である。

【図４】反駆動側端面に設置されるファンの各羽根の傾
斜状態を示す正面図である。

【図５】第一の実施形態における磁極鉄心の駆動側端面
に設置されるファンと磁極鉄心の正面図である。

【図６】固定子の径方向からの部分的側面図である。

【図７】固定子の導体セグメントの斜視図である。

【図８】固定子の部分的な断面図である。

【図９】固定子のコイルエンドの斜視図である。

【図１０】固定子のコイルエンドの斜視図である。

【図１１】羽根外径と羽根根元部円弧の弦の長さとの比
率に対する騒音レベルを示したグラフである。

【図１２】羽根外径と磁極鉄心外径との比率に対する騒
音レベルを示したグラフである。

【図１３】羽根の最外径部の径方向との傾斜角に対する
ファン効率の変化を示したグラフである。

【図１４】羽根の最内径部の径方向との傾斜角に対する
ファン効率の変化を示したグラフである。

【図１５】固定子のコイルエンドの斜視図である。

【図１６】他の導体セグメント例の斜視図である。

【図１７】他の実施形態における車両用交流発電機の主
要部断面図である。

【図１８】羽根のピッチ誤差範囲に対する風量比のグラ
フを示す図である。

【図１９】従来の磁極鉄心の駆動側端面に設置されるフ
ァンの一例を示す正面図である。

【図２０】従来の磁極鉄心の反駆動側端面に設置される
ファンの一例を示す正面図である。

【符号の説明】

１ 車両用交流発電機 ２ 固定子 ３ 回転子 ４、５ フレーム ７ 磁極鉄心 ８ 界磁コイル １１、１４ ファン ３１ コイルエンド ３２ 固定子鉄心 ３３ 導体セグメント ３４ インシュレータ ４１、５１ 吸気孔 ４２、５２ 排気孔 １１１、１４１ 羽根 １１２、１４２ ベース部 １１３ ベルマウス部

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平９−289756（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−9573（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−201009（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−222415（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−20748（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−2051（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−205441（ＪＰ，Ａ) 実開 昭58−166271（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H02K 9/00 - 9/28 F04D 29/18 - 29/38

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転駆動される複数の爪状磁極を持つ磁
   極鉄心を有する界磁回転子と、前記回転子の外周に対向
   配置された固定子と、前記回転子と前記固定子とを支持
   するフレームとを有し、前記フレームの軸方向端部に複
   数の吸気孔が設けられ、外周部に複数の排気孔が設けら
   れ、前記回転子の回転に連動して機内に冷却風の流れを
   生じさせる手段を備える車両用交流発電機において、 前記回転子は、前記磁極鉄心の軸方向両端面のうち、少
   なくとも反駆動側の端面に複数の羽根を有するファンを
   備え、前記羽根の数は、前記ファンが備わった端面から
   延びる爪状磁極の数よりも少なく、 前記羽根は、外径方向に向かうに従い反回転方向に湾曲
   した曲面をなし、根元部円弧の弦の長さをファン外径の
   ３０％以上に設定した ことを特徴とする車両用交流発電
   機。
2. 【請求項２】 請求項１において、 前記羽根の最外径部分の径方向に対する傾斜角が６２°
   から６５°の範囲にあり、最内径部分の径方向に対する
   傾斜角が６０°から７５°の範囲にあることを特徴とす
   る車両用交流発電機。
3. 【請求項３】 請求項１または２において、 前記ファンは、前記磁極鉄心の軸方向端面に固定される
   ベース部を備え、 前記ベース部と前記羽根にはリブが無く、 前記羽根の最外径部分は前記磁極鉄心の最外径よりも小
   径であることを特徴とする車両用交流発電機。
4. 【請求項４】 請求項１〜３のいずれかにおいて、 前記ファンは、前記磁極鉄心の軸方向端面に固定される
   ベース部を備え、 前記ベース部は、所定の曲率断面を持ちほぼ円筒状に前
   記フレームの吸気孔方向に突出するベルマウス部を有す
   ることを特徴とする車両用交流発電機。
5. 【請求項５】 請求項１〜４のいずれかにおいて、 前記固定子は、前記ファンからの送風を受けるコイルエ
   ンド群を備えており、このコイルエンド群は、固定子鉄
   心の周方向に沿って配列された複数のコイルエンドを含
   んでおり、これら複数のコイルエンドが互いに離間して
   配置されることで、前記コイルエンド群内を通る複数の
   通風可能な隙間が前記固定子鉄心の周方向に関してほぼ
   均等に分布して形成されていることを特徴とする車両用
   交流発電機。