JP3294497B2 - 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、ハウジング内の発
熱部品を冷却する冷却ファンを備えた交流発電機に関す
るもので、特に車両用交流発電機の冷却ファンの斜流式
ブレード形状の最適化に係わる。

【０００２】

【従来の技術】近年、環境的に車外騒音が規制されるよ
うになり、例えば車両用交流発電機においても単体で騒
音を低減する要望がある。そこで、従来より、車両用交
流発電機では、ハウジング内部のロータコイルやステー
タコイル等の電気部品の冷却効率を向上して冷却風量を
必要最小限に抑えることにより送風騒音の低減を図って
いる。具体的には、斜流式ブレードを有するフロント側
冷却ファンと遠心式ブレードを有するリヤ側冷却ファン
とを組み合わせた構成で、リヤ側冷却ファンはランデル
型ポールコアの反プーリ側端面に固着され、フロント側
冷却ファンはそのポールコアのプーリ側端面に固着され
て、その斜流式ブレードを最適化形状に選定することで
冷却効率を向上している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、車両用交流発
電機の小型高出力化に対応するためには、三相のステー
タコイルやロータコイル等の電気部品の発熱量の増大に
対応してより冷却性を重視した設定が必要となる。とこ
ろが、フロント側冷却ファンの斜流式ブレードの形状を
最適化するだけでは冷却風量が追いつかず、必然的に風
量を増大する必要が生じる。その結果、フロント側冷却
ファンの複数枚の斜流式ブレードの回転に伴って、ステ
ータコアやステータコイルの内周面が凸凹であることか
ら耳障りな風切り音（斜流式ブレードとステータコアや
ステータコイルとの干渉音）が増加する。したがって、
フロント側冷却ファンの騒音低減の要望を満足できなく
なるという問題が生じている。

【０００４】また、近年、エンジンルームの狭小化、エ
ンジンルームの周辺部品の高密度配置等に伴うエンジン
ルーム内雰囲気温度の上昇、および車載電気装置の増大
等の要因により車両用交流発電機を取り巻く熱的環境は
高く厳しくなる傾向にある。さらに、車両用交流発電機
に求められる小型軽量高出力化の要望に応えるために、
車両用交流発電機の小型化は常に追求される課題である
が、車両用交流発電機の小型化は冷却ファンの小径化に
つながる。これにより、冷却風量の低下により、車両用
交流発電機の冷却性の悪化を伴う可能性があり、これら
を解決し、車両用交流発電機の冷却性の向上を達成する
ことは急務である。

【０００５】従来より、冷却風量を向上させる手段とし
て、冷却ファンの斜流式ブレードの枚数増加、斜流式ブ
レードの面積増加等が考えられるが、鉄系金属板等のプ
レス成形による製造方法では、１枚の略円板形状の母材
から複数枚の斜流式ブレードを切り起こすため、枚数増
加と面積増加は相反することとなり、通常はある妥協点
で枚数、面積が選定されていた。したがって、車両用交
流発電機の冷却性向上と騒音低減の両立は非常に困難で
あった。

【０００６】さらに、図８に示した様に、冷却ファン１
０１の斜流式ブレード１０２の形状も、冷却ファン１０
１の回転中に他部品（例えばベアリング１０３を保持す
るベアリングボックス１０４や固定ねじ１０５）との干
渉から逃げるための制約を受け、冷却ファン１０１を回
転投影した軌跡を見ると、冷却ファン１０１の内径側に
デッドスペース（図８の破線部分）が多く残されてい
た。また、前述のように、冷却ファン１０１はプレス成
形により製造しているため、型形状の簡略化を目的と
し、単純形状で設計されることが多かった。このため、
従来の冷却ファン１０１の斜流式ブレード１０２の内周
側稜線１０６は、１本の直線状に形成されているのが一
般的であり、斜流式ブレード１０２の回転軌跡の内径側
にデッドスペース（図８の破線部分）が多く残されてい
た。

【０００７】

【発明の目的】本発明は、上記事情に基づいて成された
もので、その目的は、複数枚の斜流式ブレードを有する
冷却ファンを用いた交流発電機において、冷却ファンの
斜流式ブレードの形状を最適化することにより、その斜
流式ブレードの回転に伴う騒音（風切り音）の低減を図
ることにある。また、本発明の目的は、冷却ファンの斜
流式ブレードの形状を最適化することにより、冷却ファ
ンよりも内径側のデッドスペースを有効利用し、車両用
交流発電機の外径寸法を維持しながらも容易に風量増加
を図り冷却性の向上を達成するものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の手段を
採用した冷却ファンは、複数枚の斜流式ブレード全体が
回転方向の後方へ傾斜していることから、回転子と一体
的に回転することで回転子の軸方向の他方側および回転
子の略半径方向の外側へ流れる冷却風を発生する。ここ
で、複数枚の斜流式ブレードのうち少なくとも１枚の斜
流式ブレードは、その外周端と内周端とを結ぶブレード
面が回転方向の後方へ緩やかに凹む凹曲面形状に設けら
れていることから、回転方向に隣設する２枚の斜流式ブ
レード間の流路抵抗が低下して斜流式ブレード近傍に生
じる冷却風の剥離等の乱れが低下する。

【０００９】また、複数枚の斜流式ブレードのうち少な
くとも１枚の斜流式ブレードの外周端でブレード面がポ
ールコアの爪状磁極片の肩部側面と略連続した面を構成
する様に設けられていることから、ポールコアと斜流式
ブレードとの境界部の冷却風の流れが略半径方向および
軸方向に滑らかに変化する。このため、前記境界部で発
生していた冷却風の干渉がなくなることから風切り音が
低減することにより、交流発電機の騒音を低減できる。

【００１０】請求項２に記載の手段を採用した冷却ファ
ンは、ポールコアの駆動源側端面に固着された駆動源側
冷却ファンであることから、ハウジングの外部より取り
入れた冷却風をそのまま回転子の軸方向の反駆動源側へ
流してロータコイルを冷却することができる。つまり、
冷却ファンをポールコアの反駆動源側端面に固着した場
合は、回転子の軸方向の駆動源側に流れる冷却風がハウ
ジングの外側に取り付けられる電気部品（例えば電圧調
整装置や整流装置等の部品）を冷却してからロータコイ
ルを冷却することになる。このため、ロータコイルに対
する冷却性が低下する。これに対し、冷却ファンをポー
ルコアの駆動源側端面に固着した場合は、ハウジング外
部より取り入れた低温の冷却風によってロータコイルを
冷却することができるため、ロータコイルに対する冷却
性を向上できる。

【００１１】請求項３に記載の手段によれば、ポールコ
アの反駆動源側端面に複数枚の遠心式ブレードを有する
反駆動源側冷却ファンを固着することで、複数枚の斜流
式ブレードによって発生した軸方向の反駆動源側（ロー
タコイルの方向）へ向かう冷却風の流れを遠心式ブレー
ドによって生じる略半径方向の外側へ向かう冷却風の流
れと合流させて略半径方向の外側（ステータコイルの方
向）へ送ることができる。

【００１２】請求項４に記載の手段によれば、複数枚の
斜流式ブレードのうち少なくとも１枚の斜流式ブレード
の外周側稜線の先端と内周側稜線の先端とを結ぶ頂面側
稜線が回転方向の後方へ緩やかに凹む湾曲形状で、且つ
斜流式ブレードの通過軌跡の断面形状において外周側稜
線と略直交する様に設けられていることから、斜流式ブ
レード近傍に生じる冷却風の剥離等の乱れが低下する。
このため、冷却風の乱れが少なくなることから風切り音
が更に低減することにより、交流発電機の騒音を更に低
減できる。

【００１３】請求項５に記載の手段によれば、複数枚の
斜流式ブレードのうち少なくとも１枚の斜流式ブレード
の外周側稜線と頂面側稜線との交差部分に面取り部が施
されているか、あるいは内周側稜線と頂面側稜線との交
差部分に面取り部が施されていることから、交差部分が
鋭利な斜流式ブレードと比較して、冷却ファンをポール
コアに組み付ける際の組付作業性を向上でき、且つ作業
者が冷却ファンの斜流式ブレードを触った時の安全性を
向上できる。

【００１４】請求項６に記載の手段によれば、冷却ファ
ンの複数枚の斜流式ブレードのうちの少なくとも１枚の
斜流式ブレードの内周側稜線を内周側に向けて屈曲させ
ていることから、従来デッドスペースであった内径側部
分にまで斜流式ブレードを内周側に延長できる。よっ
て、斜流式ブレードのブレード面積を内径側のみ増加で
きるので、交流発電機の外径寸法を維持しながらも、回
転子の軸方向の他方側へ向かう冷却風量を容易に増加す
ることができる。これにより、ロータコイルに対する冷
却性が向上するので、交流発電機の冷却性を向上でき
る。

【００１５】請求項７に記載の手段によれば、斜流式ブ
レードの内周側稜線の基部を内周側に向けて屈曲させる
ことによって、凹曲面形状に凹むブレード面が内周側へ
拡大されるので、凹曲面による効率の良い送風を稜線の
屈曲によって得られた拡大部分においても得ることがで
きる。

【００１６】請求項８に記載の手段によれば、冷却ファ
ンの複数枚の斜流式ブレードのうちの少なくとも１枚の
斜流式ブレードの内周端が、隣設する２個の爪状磁極片
により形成されるＶ字溝部底面と略一致する様に設けら
れていることから、ハウジングの外部より取り入れた冷
却風が回転子の軸方向（ロータコイルの方向）へより多
く流れることにより、ロータコイルに対する冷却性が更
に向上するので、交流発電機の冷却性を更に向上でき
る。

【００１７】

【発明の実施の形態】 〔第１実施例の構成〕図１ないし図４は本発明の交流発
電機を車両用交流発電機に適用した第１実施例を示した
もので、図１はフロント側冷却ファンの斜流式ブレード
を示した図で、図２は車両用交流発電機の全体構造を示
した図である。

【００１８】本実施例の車両用交流発電機１は、駆動源
としてのエンジン（図示しない）より回転動力を受けて
発電を行うものであって、車両に搭載された車載バッテ
リ（図示しない）の充電および車載電気装置（図示しな
い）へ電力を供給するオルタネータである。この車両用
交流発電機１は、外殻を成すフロント側フレーム２とリ
ヤ側フレーム３、このリヤ側フレーム３の外側を覆うリ
ヤエンドカバー４、フロント側フレーム２とリヤ側フレ
ーム３に内包される固定子（ステータ）と回転子（ロー
タ）等から構成されている。

【００１９】フロント側フレーム２とリヤ側フレーム３
は、本発明のハウジングを構成するもので、各々アルミ
ニウムダイカスト製で、互いの外周端面を向かい合わせ
て組み合わされ、複数本のスタッドボルト５とナット６
等の締結具により軸方向に締め付け固定されている。フ
ロント側フレーム２とリヤ側フレーム３には、冷却風を
フロント側、リヤ側フレーム２、３内部へ取り入れるた
めの空気取入口２ａ、３ａ、およびフロント側、リヤ側
フレーム２、３内から冷却風を吐出するための空気吐出
口２ｂ、３ｂが形成されている。

【００２０】リヤエンドカバー４は、リヤ側フレーム３
の外側に組み付けられるブラシホルダ７、電圧調整装置
（電気部品）８、および整流装置（電気部品）９等の部
品を覆ってリヤ側フレーム３に組み付けられている。こ
のリヤエンドカバー４には、そのリヤエンドカバー４内
部へ冷却風を導入するための空気導入口４ａが形成され
ている。

【００２１】ステータは、フロント側フレーム２の内周
面に圧入固定されたステータコア１０と、このステータ
コア１０に巻装されたステータコイル１１とで構成され
る。ステータコア１０は、固定子鉄心、電機子鉄心とも
言い、例えば薄い鋼板を複数枚重ね合わせて円環状に形
成した積層コアで、内周側に多数のスロット（図示しな
い）が設けられた電機子コイルである。

【００２２】ステータコイル１１は、固定子巻線、電機
子巻線とも言い、例えば三相の独立したコイルをＹ結線
またはΔ結線してステータコア１０の各スロットに挿入
され、ロータとの相対回転運動によって各相のコイルに
交流電圧が発生する。なお、ステータコイル１１は、本
例では三相のコイルよりなるが、一相のコイルや二相以
上の多相の独立したコイルより構成しても良い。

【００２３】回転子としてのロータは、駆動源側（以下
プーリ側と呼ぶ）の端部に組み付けられたプーリ１２を
介してエンジンの回転動力が伝達される回転軸１３、こ
の回転軸１３の外周に圧入固定された一対のランデル型
ポールコア（以下ポールコアと略す）１４、このポール
コア１４に巻装されたロータコイル１５等から構成され
ている。

【００２４】回転軸１３は、２個のボールベアリング
（軸受）１６、１７を介してフロント側フレーム２の内
周側に設けられたベアリングボックス（軸受支持部）２
ｃとリヤ側フレーム３の内周側に設けられたベアリング
ボックス（軸受支持部）３ｃとに回転自在に支持されて
いる。

【００２５】なお、ボールベアリング１６のアウターレ
ースは、固定ボルト４１および環状板４２によりフロン
ト側フレーム２のベアリングボックス（軸受支持部）２
ｃに締め付け固定されている。プーリ１２は、フロント
側フレーム２の外側に突出する回転軸１３のプーリ側端
部外周に嵌め合わされて、ロックナット１８によって回
転軸１３に締め付け固定されている。

【００２６】一対のポールコア１４は、回転子鉄心、界
磁極とも言い、それぞれ回転軸１３の略中央部の外周に
嵌め合わされる円筒状のボス部４３と、このボス部４３
の外周に形成された複数個（例えば１２個）の爪状磁極
片４４とを有し、互いのボス部４３が円筒方向の両側か
らロータコイル１５の内周に圧入されて、それぞれの爪
状磁極片４４がロータコイル１５の外周側で交互に噛み
合わされている。

【００２７】なお、一方のポールコア１４は、図３に示
す様に、隣設する２個の爪状磁極片４４の肩部側面４４
ａが略Ｖ字状に形成され、その最も内周側にはＶ字溝部
底面４４ｂが形成されている。また、一対のポールコア
１４は、円環形状のカラースペース４５を介してボール
ベアリング１６のインナーレースに当接している。

【００２８】ロータコイル１５は、回転子巻線、励磁巻
線とも言い、回転軸１３の反プーリ側端部に設けられた
２個のスリップリング（電気部品）１９と電気的に接続
されて、それらのスリップリング１９の外周面に摺接す
る２個のブラシ（電気部品）２０を通じて車載バッテリ
（図示しない）から励磁電流が供給される界磁コイルで
ある。このロータコイル１５に励磁電流が流れると、一
方のポールコア１４の爪状磁極片４４が全てＳ極とな
り、他方の一方のポールコア１４の爪状磁極片４４が全
てＮ極となる。

【００２９】この一対のポールコア１４の反プーリ側端
面（図２の右側端面）には内扇式冷却ファンとしてのリ
ヤ側冷却ファン（反駆動源側冷却ファン）２１が、一対
のポールコア１４のプーリ側端面には内扇式冷却ファン
としてのフロント側冷却ファン（駆動源側冷却ファン）
２２がそれぞれ接合手段により固着されている。

【００３０】リヤ側冷却ファン２１は、ロータと一体的
に回転することで回転軸１３の略半径方向の外側へ向か
う冷却風の流れを発生して、複数枚の遠心式ブレード
（遠心式羽根、遠心式冷却翼）２１ａ、およびこれらの
遠心式ブレード２１ａを支持する支持板（羽根基板、ベ
ース）２１ｂよりなる。

【００３１】なお、複数枚の遠心式ブレード２１ａは、
鉄系金属板よりなる支持板２１ｂの外周端部を切り起こ
して形成される遠心式ブレード、遠心式冷却翼である。
このリヤ側冷却ファン２１は、リヤエンドカバー４内部
の電圧調整装置８、整流装置９、ブラシ２０等の部品お
よびリヤ側フレーム３内部のステータコイル１１を冷却
する。

【００３２】次に、本実施例のフロント側冷却ファン２
２を図１ないし図４に基づいて詳細に説明する。ここ
で、図３および図４はフロント側冷却ファン２２をポー
ルコア１４に取り付けた状態を示した図で、特に図４
は、ロータの回転軸を通る平面における断面を示してい
る。なお、図４に図示されたブレード形状は、ロータを
回転させた場合に斜流式ブレードの通過によって描かれ
る軌跡で区画される空間の上記平面における断面を示し
ている。言い換えれば、図４に図示されたブレード形状
は、断面における斜流式ブレードの通過軌跡の範囲を示
している。本発明では、この図４に図示されるようなブ
レード形状の表現を「斜流式ブレードの通過軌跡の断面
形状」と呼び、この斜流式ブレードの通過軌跡の断面形
状に基づいてブレード形状を特定する。

【００３３】フロント側冷却ファン２２は、ロータと一
体的に回転することで回転軸１３の軸方向および略半径
方向の外側へ向かう冷却風の流れを発生する複数枚（例
えば一方の爪状磁極片４４の個数と同一枚数の６枚）の
斜流式ブレード（斜流式羽根、斜流式冷却翼）２２ａ、
およびこれらの斜流式ブレード２２ａを支持する支持板
（羽根基板、ベース）２２ｂよりなる。

【００３４】なお、複数枚の斜流式ブレード２２ａは、
鉄系金属板よりなる支持板２２ｂの外周端部を切り起こ
して形成される斜流式ブレード、斜流式冷却翼である。
このフロント側冷却ファン２２は、ロータコイル１５お
よびフロント側フレーム２内部のステータコイル１１を
冷却する。

【００３５】各斜流式ブレード２２ａは、図３に示す様
に、ポールコア１４のプーリ側端面に対して所定の斜流
角度θ1 （ポールコア１４のプーリ側端面と斜流式ブレ
ード２２ａとの成す角度：但し９０°未満）で曲げ起こ
されている。さらに、各斜流式ブレード２２ａは、斜流
式ブレード２２ａの外周端（図１、図３のＡ点）が内周
端（図１、図３のＢ点）より回転方向の後方に位置し
て、斜流式ブレード２２ａ全体が回転方向の後方へ所定
の傾斜角度（遠心角度）θ2 で傾斜している。なお、フ
ロント側冷却ファン２２の回転によって発生する略半径
方向の冷却風の流れと軸方向の冷却風の流れとの配分
は、上記の斜流角度θ1 と傾斜角度θ2 によって決定さ
れる。

【００３６】そして、複数枚の斜流式ブレード２２ａ
は、図３に示した様に、一方のポールコア１４の隣設す
る２個の爪状磁極片４４により形成されるＶ字状通風路
の周方向（回転方向）の範囲内でランダムな状態で軸方
向に立設される様にするため、隣り合う斜流式ブレード
２２ａの間隔は同じではなく、不等ピッチ（例えば３箇
所以上同じ間隔がないように）となるように支持板２２
ｂの外周端部に立設されている。なお、斜流式ブレード
２２ａは、隣設する２個の爪状磁極片４４の肩部側面４
４ａ間の略Ｖ字状の通風路の軸方向の延長線上に位置す
る様に可能な限り設けられている。

【００３７】また、各斜流式ブレード２２ａは、外周端
Ａと内周端Ｂとを結ぶ方向のブレード面２３が回転方向
の後方へ緩やかに凹む凹曲面形状（曲率半径ｒ）に設け
られており、すなわち、外周側稜線２４の上端と内周側
稜線２５の上端とを結ぶ頂面側稜線２６が回転方向の後
方へ緩やかに凹む湾曲形状（曲率半径ｒ）となってい
る。斜流式ブレード２２ａの頂面側稜線２６と外周側稜
線２４とは、斜流式ブレード２２ａの通過軌跡の断面形
状において図４に図示されるように互いに略直交するよ
うに設けられている。この斜流式ブレード２２ａは、そ
の面の広がりと垂直な方向から見ると、内周方向へ向け
て傾斜した平行四辺形に近い形状を持っており、その斜
流式ブレード２２ａが回転方向に向けて前傾して配置さ
れる結果、それを回転させて得られる斜流式ブレード２
２ａの通過軌跡の断面形状は図４に図示されるような形
状となる。

【００３８】さらに、各斜流式ブレード２２ａは、外周
側稜線２４と頂面側稜線２６との交差部分をＲ面取りし
たＲ状の面取り部２６ａが施され、且つ内周側稜線２５
と頂面側稜線２６との交差部分をＲ面取りしたＲ状の面
取り部２６ｂが施されている。また、各斜流式ブレード
２２ａは、内周側稜線２５に屈曲点（本発明の屈曲部）
２７を有している。

【００３９】本実施例の屈曲点２７は、内周側稜線２５
の支持板２２ｂ側、すなわち、基部を内周側に向けて屈
曲させることで形成される。よって、斜流式ブレード２
２ａは、基部側が内周に向けて屈曲した内周側稜線２５
を有している。これにより、斜流式ブレード２２ａの面
は、その基部において内周側に向けて拡張され、凹曲面
形状に凹むブレード面２３が内周側に拡大される。

【００４０】本実施例の屈曲点２７は、屈曲点２７を挟
んで隣り合う２つの内周側稜線２５ａ、２５ｂを、斜流
式ブレード２２ａの通過軌跡の断面形状において図４に
図示されるように２２５°の内角αを成すように配置す
ることで形成されている。この実施例では、ブレード先
端側の内周側稜線２５ａが支持板２２ｂの面に対してほ
ぼ９０°を成し、基部側の内周側稜線２５ｂが支持板２
２ｂの面に対してほぼ４５°を成すように形成される。

【００４１】なお、屈曲点２７を挟んで隣り合う２つの
内周側稜線２５ａ、２５ｂは、斜流式ブレード２２ａの
通過軌跡の断面形状において１８０°〜２７０°を成す
ように配置されることが望ましく、更には２００°以上
であることが望ましい。なお、斜流式ブレード２２ａ
を、その面の広がりと垂直な方向から見た場合、この実
施例では屈曲点２７における内角は２７０°となってい
る。また屈曲点２７は適宜の曲率半径を持って形成され
ることが望ましい。また、各斜流式ブレード２２ａは、
内周側稜線２５のうち内周側に位置する内周側稜線２５
ｂの内周端Ｂが、隣設する２個の爪状磁極片４４により
形成されるＶ字溝部底面４４ｂと略一致する様に設ける
ことがロータコイル１５の方向への冷却風量の増加に最
も寄与する。

【００４２】そして、複数枚の斜流式ブレード２２ａの
うち少なくとも１枚の斜流式ブレード２２ａは、図１に
示す様に、外周端Ａでブレード面２３がポールコア１４
の爪状磁極片４４の肩部側面４４ａと略連続した面を構
成する様に、つまり爪状磁極片４４の肩部側面４４ａと
の間に段差が生じない様に設けられている。

【００４３】支持板２２ｂは、内周側に回転軸１３およ
びカラースペース４５を挿通するための挿通穴２２ｃを
有している。支持板２２ｂは、一対のポールコア１４の
プーリ側端面にプロジェクション溶接等の接合手段によ
り例えば６箇所で固着されている。なお、複数枚の斜流
式ブレード２２ａおよび支持板２２ｂには、強度を向上
させるために補強用リブ（プーリ側に突出した凸部）２
２ｄが所定の部位に設けられている。

【００４４】〔第１実施例の作用〕次に、本実施例の車
両用交流発電機１の作用を図１ないし図４に基づいて簡
単に説明する。

【００４５】エンジンの回転動力がＶベルト（図示しな
い）を介してプーリ１２に伝達されることにより、回転
軸１３と一体的にロータが回転する。このロータに対し
て車載バッテリからブラシ２０およびスリップリング１
９を通じてロータコイル１５に励磁電流が流れることに
より、一方のポールコア１４の各爪状磁極片４４全てが
Ｓ極に磁化されて、他方のポールコア１４の各爪状磁極
片４４全てがＮ極に磁化される。これにより、ロータと
相対回転するステータのステータコア１０に回転磁界が
発生して、三相のステータコイル１１に三相交流電圧が
誘起する。

【００４６】ここで、ロータと一体的に回転するリヤ側
冷却ファン２１およびフロント側冷却ファン２２によっ
て発生する冷却風の流れを説明する。リヤ側冷却ファン
２１の複数枚の遠心式ブレード２１ａの回転によって発
生する冷却風は、空気導入口４ａよりリヤエンドカバー
４内部に導入されて、リヤエンドカバー４内部の電圧調
整装置８、整流装置９、２個のスリップリング１９およ
び２個のブラシ２０等の電気部品（発熱部品）を冷却す
る。

【００４７】その後に冷却風は、空気取入口３ａよりリ
ヤ側フレーム３内部に取り入れられ、ロータ、つまり回
転軸１３の略半径方向の外側への流れに偏向されてリヤ
側フレーム３内部のステータコイル１１を冷却し、空気
吐出口３ｂよりリヤ側フレーム３外部へ排出される。

【００４８】フロント側冷却ファン２２の複数枚の斜流
式ブレード２２ａの回転によって発生する冷却風は、空
気取入口２ａよりフロント側フレーム２内部に取り入れ
られ、ロータ、つまり回転軸１３の略半径方向の外側へ
流れる空気流（図２に矢印で示す）と、ポールコア１
４の各爪状磁極片４４の間を通り抜けてロータ、つまり
回転軸１３の軸方向に流れる空気流（図３に矢印で示
す）とを発生する。

【００４９】回転軸１３の略半径方向の外側へ流れた冷
却風は、フロント側フレーム２内部のステータコイル１
１を冷却し、空気吐出口２ｂよりフロント側フレーム２
外部へ排出される。また、回転軸１３の軸方向に流れた
冷却風は、ロータコイル１５およびこのロータコイル１
５の熱が伝わるポールコア１４を冷却し、空気吐出口３
ｂよりリヤ側フレーム３外部へ排出される。

【００５０】〔第１実施例の効果〕本実施例のフロント
側冷却ファン２２は、複数枚の斜流式ブレード２２ａの
ブレード面２３が回転方向の後方へ緩やかに凹む凹曲面
形状、すなわち、外周側稜線２４の上端と内周側稜線２
５の上端とを結ぶ頂面側稜線２６が回転方向の後方へ緩
やかに凹む湾曲形状に設けられていることから、支持板
２２ｂの回転方向に隣設する２枚の斜流式ブレード２２
ａ間での流路抵抗が低下して斜流式ブレード２２ａ近傍
に生じる冷却風の剥離等の乱れを低下できる。

【００５１】また、斜流式ブレード２２ａの外周端Ａで
ブレード面２３がポールコア１４の爪状磁極片４４の肩
部側面４４ａと略連続した面を構成する様に設けられて
いることから、図１に示す様に、ポールコア１４と斜流
式ブレード２２ａとの境界部の冷却風の流れが略半径方
向および軸方向に滑らかに変化する。このため、前記境
界部で発生していた冷却風の干渉がなくなることからフ
ロント側冷却ファン２２の風切り音（干渉音）が低減す
る。以上により、車両用交流発電機１のフロント側冷却
ファン２２の回転に伴う騒音を低減できる。

【００５２】さらに、本実施例のフロント側冷却ファン
２２は、図３に示した様に、一方のポールコア１４の隣
設する２個の爪状磁極片４４により形成されるＶ字状通
風路の周方向（回転方向）の範囲内でランダムな状態で
軸方向に立設される様にするため、隣り合う斜流式ブレ
ードの間隔は同じではなく、不等ピッチ（例えば３箇所
以上同じ間隔がないように）となるように支持板２２ｂ
の外周端部に複数枚の斜流式ブレード２２ａを配置して
いる。この様な不等ピッチの斜流式ブレード２２ａを有
するフロント側冷却ファン２２が回転した際に、ステー
タコア１０やステータコイル１１の内周面が凸凹であっ
ても耳障りな風切り音（斜流式ブレード２２ａとステー
タコア１０やステータコイル１１との干渉音）を減少で
きる。したがって、フロント側冷却ファン２２の騒音低
減の要望を満足でき、車両用交流発電機１単体の騒音を
飛躍的に低減することができる。

【００５３】斜流式ブレード２２ａのブレード面２３に
凹曲面を持たせたことにより加工硬化を生じると共に、
斜流式ブレード２２ａのブレード面２３が平面の場合と
比較して斜流式ブレード２２ａのブレード面２３の内周
端Ｂから外周端Ａへ向かう長さを増大できる。さらに、
内周側稜線２５の途中に屈曲点２７を持つため外周側稜
線２４の外周端Ａから内周側稜線２５の内周端Ｂまでの
長さも支持板２２ｂ側に向かうに従って末広がり状に増
大できる。

【００５４】これらの結果、各斜流式ブレード２２ａの
断面係数を増加でき、斜流式ブレード２２ａの耐遠心力
強度が増加するといったメリットが生じる。また、耐遠
心力強度に余裕が生じることから、斜流式ブレード２２
ａの板厚を薄くできるため、フロント側冷却ファン２２
の小型軽量化およびコストダウンが可能となる。したが
って、車両用交流発電機１の全軸長の短縮化、軽量化お
よび製品価格の低減化を図ることができる。

【００５５】そして、本実施例のフロント側冷却ファン
２２では、外周側稜線２４と頂面側稜線２６との交差部
分が略直交しており、且つ内周側稜線２５ａと頂面側稜
線２６との交差部分が略直交している。さらに、内周側
稜線２５に屈曲点２７を１箇所設けて各斜流式ブレード
２２ａが設けられている。これらの様なブレード形状か
ら、従来より斜流式ブレード２２ａの内径側部分に存在
している内径側部品（ボールベアリング１６、ベアリン
グボックス２ｃ、固定ボルト４１および環状板４２等）
のフロント側フレーム２の内面からの突出形状に合わせ
てそれらの内径側部品との干渉を避けながら従来デッド
スペースであった内径側部分にまで斜流式ブレード２２
ａを延長できる。

【００５６】このとき、ロータコイル１５の冷却性を考
慮した場合に、斜流式ブレード２２ａの内周端Ｂが、隣
設する２個の爪状磁極片４４により形成されるＶ字溝部
底面４４ｂと略一致する位置まで、斜流式ブレード２２
ａの内周側を延長することが望まれる。その理由は、斜
流式ブレード２２ａの内周端ＢがＶ字溝部底面４４ｂよ
りも外周側に位置すると、隣設する２個の爪状磁極片４
４により形成されるＶ字状通風路の内周側を支持板２２
ｂが塞いでしまうことになりロータコイル１５の方向へ
の冷却風量が減少してしまう。逆に、斜流式ブレード２
２ａの内周端ＢがＶ字溝部底面４４ｂよりも内周側に位
置しても、一方のポールコア１４のボス部４３のプーリ
側壁面が存在するので、ロータコイル１５の方向への冷
却風量の増加はない。

【００５７】したがって、斜流式ブレード２２ａの内周
側稜線２５に屈曲点２７を設けることにより、斜流式ブ
レード２２ａのブレード面積を内径側にのみ増加するの
で、車両用交流発電機１の外径寸法を維持しながらも、
すなわち、車両用交流発電機１の大型化を図ることな
く、特にロータコイル１５の方向へ向かう冷却風量を容
易に増加することができる。これにより、ロータコイル
１５に対する冷却性を向上できるので、車両用交流発電
機１の冷却性を向上できる。この結果、車両用交流発電
機１の冷却性向上と騒音低減の両立を達成することがで
きる。また、車両用交流発電機１の小型高出力化のため
にロータコイル１５の発熱量が増大してもそれに対応し
てロータコイル１５を冷却できるので、車両用交流発電
機１の小型高出力化を図ることができる。

【００５８】そして、本実施例のフロント側冷却ファン
２２では、各斜流式ブレード２２ａの外周側稜線２４と
頂面側稜線２６との交差部分にＲ状の面取り部２６ａが
施され、且つ内周側稜線２５と頂面側稜線２６との交差
部分にＲ状の面取り部２６ｂが施されていることから、
それらの交差部分が鋭利な斜流式ブレードを有するもの
と比較して、フロント側冷却ファン２２をポールコア１
４のプーリ側端面に組み付ける際の組付作業性を向上で
き、且つ作業者がフロント側冷却ファン２２の斜流式ブ
レード２２ａを触った時の安全性を向上できる。

【００５９】〔変形例〕図５に、第１実施例の変形例と
してのフロント側冷却ファンを図示する。この変形例で
はファン形状の細部が第１実施例とは異なっている。な
お、この図５には、不等ピッチに配置された各斜流式ブ
レード配置間隔を角度として示した。

【００６０】具体的には、図５に示した様に、隣設する
２枚の第１、第２の斜流式ブレード２２ａ間のピッチは
６６°で、隣設する２枚の第２、第３の斜流式ブレード
２２ａ間のピッチは７２°で、隣設する２枚の第３、第
４の斜流式ブレード２２ａ間のピッチは６０°である。
さらに、隣設する２枚の第４、第５の斜流式ブレード２
２ａ間のピッチは４８°で、隣設する２枚の第５、第６
の斜流式ブレード２２ａ間のピッチは５４°で、隣設す
る２枚の第６、第１の斜流式ブレード２２ａ間のピッチ
は６０°である。

【００６１】〔第２実施例〕図６は本発明の交流発電機
を車両用交流発電機に適用した第２実施例を示したもの
で、フロント側冷却ファンの斜流式ブレードを示した図
である。この図６も、図４と同様に、斜流式ブレードの
通過軌跡の断面形状を図示している。

【００６２】本実施例の斜流式ブレード２２ａの内周側
稜線２５には、図６に示す様に、３つの屈曲点２８ａ〜
２８ｃが設けられている。屈曲点２８ａは、その屈曲点
２８ａを挟んで隣り合う２つの内周側稜線２５ａ、２５
ｂが９０°を越え１８０°未満の内角を成して形成され
る。また、屈曲点２８ｂは、その屈曲点２８ｂを挟んで
隣り合う２つの内周側稜線２５ｂ、２５ｃが１８０°を
越え２７０°未満の内角αを成して形成される。さら
に、屈曲点２８ｃは、その屈曲点２８ｃを挟んで隣り合
う２つの内周側稜線２５ｃ、２５ｄが９０°を越え１８
０°未満の内角を成して形成される。

【００６３】本実施例のフロント側冷却ファン２２は、
上記のブレード形状により、斜流式ブレード２２ａより
も内径側に存する内径側部品の形状が多段形状であって
も、その内径側部品との干渉を避けながら、従来デッド
スペースであった内径部分にまで斜流式ブレード２２ａ
を延長できる。したがって、前述の第１実施例よりも更
にブレード面積を増加できるので、ロータコイル１５の
方向へ向かう冷却風量を増加でき、ロータコイル１５の
冷却性を更に向上できる。

【００６４】〔第３実施例〕図７（ａ）は本発明の交流
発電機を車両用交流発電機に適用した第３実施例を示し
たもので、フロント側冷却ファンの斜流式ブレードを示
した図である。この図７（ａ）も、図４と同様に、斜流
式ブレードの通過軌跡の断面形状を図示している。

【００６５】本実施例の斜流式ブレード２２ａの内周側
稜線２５には、図７（ａ）に示す様に、２つの屈曲部２
９ａ、２９ｃが設けられている。屈曲部２９ａは、この
屈曲部２９ａを挟んで隣り合う内周側稜線２５ａ（頂面
側稜線２６の内周端）、２５ｂ同志が連続的に滑らかに
変化する円弧（曲率半径Ｒを持つ）を成す様に設けられ
ている。また、屈曲部２９ｂは、この屈曲部２９ｂを挟
んで隣り合う内周側稜線２５ｂ、２５ｃ同志が連続的に
滑らかに変化する円弧（曲率半径Ｒを持つ）を成す様に
設けられている。このようなブレード形状でも、第２実
施例と同様な効果を達成し得る。

【００６６】〔変形例〕なお、第２、第３実施例では、
図６および図７（ａ）に示す様に斜流式ブレード２２ａ
の外周側稜線２４と頂面側稜線２６との交差部分を略直
交する（例えば９０°）様に形成しているが、図７
（ｂ）に示す様に外周側稜線２４と頂面側稜線２６との
交差部分にＲ状またはＣ状の面取り部２６ａを設けても
良い。また、第３実施例では、内周側稜線２５ａと頂面
側稜線２６との交差部分、各屈曲点２８ａ〜２８ｃにＲ
状またはＣ状の面取り部を設けても良い。

【００６７】本実施例では、本発明をエンジンに回転駆
動されるオルタネータとしての車両用交流発電機１に適
用したが、本発明を車両搭載用エンジンを除く内燃機
関、電動モータ、水車または風車等の駆動源により回転
駆動されるその他の交流発電機に適用しても良い。

【００６８】本実施例では、フロント側冷却ファン２２
に複数枚の斜流式ブレード２２ａを不等ピッチで設けた
が、フロント側冷却ファン２２に斜流式ブレード２２ａ
と遠心式ブレードとを等ピッチまたは不等ピッチで混在
させても良い。また、本発明の構成の斜流式ブレードを
リヤ側冷却ファン２１に混在させても良い。

【００６９】リヤ側冷却ファン２１およびフロント側冷
却ファン２２は、それぞれ鉄系金属板やアルミニウム合
金板等の金属板のプレス成形、または樹脂成形によって
得ることができる。また、金属鋳造、焼結、切削加工に
より製造されても良い。さらに、リヤ側冷却ファン２１
およびフロント側冷却ファン２２は、溶接以外にも、か
しめ加工による固定やビス等の締結部材によってポール
コア１４の端面に固定しても良い。

【００７０】本実施例では、ポールコア１４の爪状磁極
片４４の個数が６個のため、斜流式ブレード２２ａの枚
数を６枚に設定したが、ポールコア１４の爪状磁極片４
４の個数が８個の場合には、斜流式ブレード２２ａの枚
数を８枚に設定しても良い。また、斜流式ブレード２２
ａの枚数は爪状磁極片４４の個数と異なっていても良
い。

【図面の簡単な説明】

【図１】フロント側冷却ファンの斜流式ブレードを示し
た斜視図である（第１実施例）。

【図２】車両用交流発電機の全体構造を示した断面図で
ある（第１実施例）。

【図３】フロント側冷却ファンをポールコアに取り付け
た状態を示した正面図である（第１実施例）。

【図４】フロント側冷却ファンをポールコアに取り付け
た状態を示した断面図である（第１実施例）。

【図５】フロント側冷却ファンを示した正面図である
（変形例）。

【図６】フロント側冷却ファンの斜流式ブレードを示し
た断面図である（第２実施例）。

【図７】（ａ）はフロント側冷却ファンの斜流式ブレー
ドを示した断面図で（第３実施例）で、（ｂ）はフロン
ト側冷却ファンの斜流式ブレードの変形例を示した説明
図である。

【図８】従来のフロント側冷却ファンをポールコアに取
り付けた状態を示した断面図である（従来の技術）。

【符号の説明】

Ａ 斜流式ブレードの外周端 Ｂ 斜流式ブレードの内周端 １ 車両用交流発電機 ２ フロント側フレーム（ハウジング） ３ リヤ側フレーム（ハウジング） ２ａ 空気取入口 ２ｂ 空気吐出口 ３ａ 空気取入口 ３ｂ 空気吐出口 １０ ステータコア １１ ステータコイル（電機子コイル） １３ 回転軸 １４ ランデル型ポールコア １５ ロータコイル（界磁コイル） ２１ リヤ側冷却ファン（反駆動源側冷却ファン） ２２ フロント側冷却ファン（駆動源側冷却ファン） ２３ ブレード面 ２４ 外周側稜線 ２５ 内周側稜線 ２６ 頂面側稜線 ２７ 屈曲点（屈曲部） ４４ 爪状磁極片 ２２ａ 斜流式ブレード ２８ａ 屈曲点（屈曲部） ２８ｂ 屈曲点（屈曲部） ２８ｃ 屈曲点（屈曲部） ２９ａ 屈曲部 ２９ｂ 屈曲部 ４４ａ 肩部側面 ４４ｂ Ｖ字溝部底面

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭56−53555（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−15652（ＪＰ，Ａ) 実開 昭62−140867（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H02K 1/00 - 57/00

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数個の爪状磁極片を有するランデル型
   の回転子の軸方向の一方側端面に固着されて、前記回転
   子と一体的に回転することで冷却風の一部を前記回転子
   の軸方向の他方側に送り、冷却風の残部を前記回転子の
   略半径方向の外側に送る複数枚の斜流式ブレードを有す
   る冷却ファンを備えた交流発電機において、 前記冷却ファンは、前記複数枚の斜流式ブレードの外周
   端が内周端より回転方向の後方に位置して前記複数枚の
   斜流式ブレード全体が回転方向の後方へ傾斜しており、 前記複数枚の斜流式ブレードのうち少なくとも１枚の斜
   流式ブレードは、前記外周端と前記内周端とを結ぶ方向
   のブレード面が回転方向の後方へ緩やかに凹む凹曲面形
   状に設けられ、且つ前記外周端で前記ブレード面が前記
   爪状磁極片の肩部側面と略連続した面を構成する様に設
   けられていることを特徴とする交流発電機。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の交流発電機において、 前記固定子は、前記ステータコアに巻装されたステータ
   コイルを有し、 前記回転子は、前記ポールコアに巻装されたロータコイ
   ルを有し、 前記冷却ファンは、前記ポールコアの駆動源側端面に固
   着され、前記ロータコイルの方向および前記ステータコ
   イルの方向へ冷却風を送る駆動源側冷却ファンであるこ
   とを特徴とする交流発電機。
3. 【請求項３】 請求項２に記載の交流発電機において、 前記交流発電機は、前記ポールコアの反駆動源側端面に
   固着され、前記ステータコイルの方向へ冷却風を送る遠
   心式ブレードを有する反駆動源側冷却ファンを備えたこ
   とを特徴とする交流発電機。
4. 【請求項４】 請求項１ないし請求項３のいずれかに記
   載の交流発電機において、 前記複数枚の斜流式ブレードのうち少なくとも１枚の斜
   流式ブレードは、外周側稜線の先端と内周側稜線の先端
   とを結ぶ頂面側稜線が回転方向の後方へ緩やかに凹む湾
   曲形状で、且つ前記斜流式ブレードの通過軌跡の断面形
   状において前記外周側稜線と略直交する様に設けられて
   いることを特徴とする交流発電機。
5. 【請求項５】 請求項４に記載の交流発電機において、 前記複数枚の斜流式ブレードのうち少なくとも１枚の斜
   流式ブレードは、前記外周側稜線と前記頂面側稜線との
   交差部分に面取り部が施されているか、あるいは前記内
   周側稜線と前記頂面側稜線との交差部分に面取り部が施
   されていることを特徴とする交流発電機。
6. 【請求項６】 請求項４または請求項５に記載の交流発
   電機において、 前記複数枚の斜流式ブレードのうち少なくとも１枚の斜
   流式ブレードは、前記内周側稜線を内周側に向けて屈曲
   させたことを特徴とする交流発電機。
7. 【請求項７】 請求項６に記載の交流発電機において、 前記内周側稜線の基部が内周側に向けて屈曲されること
   により、凹曲面形状に凹む前記ブレード面が内周側に拡
   大されることを特徴とする交流発電機。
8. 【請求項８】 請求項１ないし請求項７のいずれかに記
   載の交流発電機において、 前記複数枚の斜流式ブレードのうち少なくとも１枚の斜
   流式ブレードは、前記内周端が、隣設する２個の爪状磁
   極片により形成されるＶ字溝部底面と略一致する様に設
   けられていることを特徴とする交流発電機。