JP3438569B2 - 車両用交流発電機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は内燃機関により駆動
される交流発電機に関し、乗用車、トラック、あるいは
船舶などの乗り物に搭載可能な車両用交流発電機に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、安全制御機器等の電気負荷の増加
が求められ、ますます発電能力の向上が求められてい
る。また、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、近年ますますエンジ
ン騒音が低下してきており、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
なってきている。

【０００３】交流発電機のファン騒音は、コイルエンド
と冷却ファンによる風との衝突によって生ずる。そし
て、この干渉音は、固定子巻線のコイルエンドの内周部
に形成される凹凸により顕著に現れる。従来、上記のよ
うな高出力もしくは低騒音といった要求に応えるべく、
種々の改良が提案されている。

【０００４】特開昭５９−１５９６３８号には、冷却フ
ァンをフレ−ム内に配置し、連続した線状導体よりなる
コイルエンドを扁平形状にして、冷却風の当たる表面積
を増やして冷却性を向上させることにより、出力向上さ
せたものが知られている。また、ＷＯ９２／０６５２７
においては、固定子鉄心に設けられた複数のスロットに
Ｕ字状の電気導体を同一方向から差し込み、それらを接
合することにより固定子巻線を形成している。この構成
では、Ｕ字状の電気導体規則的に並べることができるた
め、スロット内の電気導体高占積率化が容易になり、高
出力化が可能となる。また、巻線作業についても、Ｕ字
状の電気導体を同一方向から挿入することにより容易と
なっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、連続した線状
導体を巻いた固定子巻線のコイルエンド群において、各
相の巻線の周方向で干渉は構造上、無くならないため、
内周部に凹凸面が形成される。そのため、この凹凸面に
冷却風が衝突した際のファン騒音は、依然として発生す
る。

【０００６】また、ＷＯ９２／０６５２７においては、
Ｕ字状の電気導体をスロットに挿し込んでその端部を溶
接等で接合している。Ｕ字状のターン部を配置されてい
るコイルエンドにおいては、電気導体は滑らかな冷却風
の通風路を形成するように曲げられている可能性があ
る。しかし接合部においては、２本の電気導体の端部ど
うしを接合している。そのため、接合部側のコイルエン
ドにおいては、接合部が冷却風に対し衝突する壁とな
り、滑らかな通風路を形成するのが困難である。また、
その異なったコイルエンドの形状に対応した冷却につい
ては何ら考慮されておらず、ファン騒音の低減について
の要求は満足しない。

【０００７】本発明は、上記のごとき従来技術の問題点
に鑑み、高出力化と低騒音化の要求を兼ね備えた車両用
交流発電機を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する為
に、多相固定子巻線は固定子鉄心の一方の端部に電気導
体の複数のターン部を配列して形成された第１のコイル
エンド群と、前記固定子鉄心の他方の端部に電気導体の
複数の接合部を配列して形成された第２コイルエンド群
とを有し、第１のコイルエンド群に第２のコイルエンド
群より多くのもしくは速度の速い冷却風をを供給する送
風手段を備えるという技術的手段を用いる。

【０００９】接合部側のコイルエンドにおいては、２本
の電気導体の端部どうしを接合しているため、ターン部
側に比べて接合部が冷却風の衝突壁となりやすい。しか
し、接合部側のコイルエンド群にはターン部側のコイル
エンドよりも供給する冷却風を少なくもしくは冷却風の
速度を遅くしているので、ファン騒音を低減することが
できる。

【００１０】なお、送風手段は第１のコイルエンド群に
対応する第１の送風ファンと第２のコイルエンド群に対
応する第２の送風ファンとを備えることが望ましい。ま
た、第１の送風ファンは第１のコイルエンド群に対応す
る回転子の軸方向端部に設けられ、第２の送風ファンは
第２のコイルエンド群に対向する回転子の軸方向端部に
設けられることが望ましい。

【００１１】送風手段が第１の送風ファンと第２の送風
ファンとを備え、特に、コイルエンド群に対応する回転
子の軸方向端部に送風ファンを設けることにより、第１
および第２のコイルエンド群への冷却風の供給量に差を
つけるのが容易となる。なお、第１の送風ファンの外径
は第２の送風ファンの外径より大きいという技術的手段
を用いることが望ましい。また、第１の送風ファンのブ
レード投影面積は第２の送風ファンのブレード投影面積
より大きいことが望ましい。さらに、第１の送風ファン
は遠心ファンであり、第２の送風ファンは斜流ファンで
あることが望ましい。

【００１２】送風ファンによる冷却風供給量は、送風フ
ァンの外径が大きいほど、そして送風ファンのブレード
の投影面積が大きいほど多くなる。また、遠心ファンは
冷却風を遠心方向へと供給するが、斜流ファンは冷却風
を遠心方向と軸方向に分散させて供給することができ
る。したがって、これらの手段を用いることにより、第
１および第２のコイルエンド群へ、異なる量の冷却風を
供給することが可能となる。

【００１３】また、第１の送風ファンと第１のコイルエ
ンド群の距離は第２の送風ファンと第２のコイルエンド
群との距離よりも短いことが望ましい。固定子巻線の冷
却の際に生じる騒音は、冷却風の供給量ばかりではな
く、コイルエンド群に衝突する冷却風の速度にも起因す
る。第２の送風ファンと第２のコイルエンド群との距離
を第１の送風ファンと第１のコイルエンド群の距離より
相対的に長くすることにより、衝突壁が生じ易い第２の
コイルエンド群への冷却風の速度を抑えることができ
る。これにより、騒音も低減することができる。

【００１４】また、上記目的を達成する為には、多相固
定子巻線は、固定子鉄心の一方の端部に電気導体の複数
のターン部を配列して形成された第１のコイルエンド群
と、固定子鉄心の他方の端部に電気導体の複数の接合部
を配列して形成された第２コイルエンド群とを有し、固
定子巻線の前記ターン部より形成される第１のコイルエ
ンド群と前記接合部により形成される第２のコイルエン
ド群とに異なる態様で冷却風を供給する送風手段とを備
えるという技術的手段を用いる。

【００１５】第１および第２のコイルエンド群では形状
が異なる。しかし、その異なった形状に対応した態様で
冷却風を供給することにより、冷却風による騒音を低減
することができる。

【００１６】

【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１から図７に示す実施例に基づいて説明する。車
両用交流発電機１は、固定子２、回転子３、固定子２と
回転子３とを支持するフレーム４、および交流電力を直
流電力に変換する整流器５等から構成されている。

【００１７】回転子３は、シャフト６と一体になって回
転するもので、ランデル型ポールコア７、界磁コイル
８、スリップリング９、１０、冷却用の斜流ファン１１
および遠心ファン１２等によって構成されている。シャ
フト６は、プーリ２０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。
ランデル型ポールコア７は一組のポールコアを組合わせ
て構成されている。それらのポールコアは、シャフト６
に組付られたボス部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、及び複数の爪状磁極部７
３により構成されている。界磁コイル８は絶縁紙８１を
介して爪状磁極部７３の内径面に適当な圧縮力を持って
当接されている。絶縁紙８１はシート状の樹脂含浸シー
トを使用し、加熱処理により界磁コイル８を固着すると
ともに、ポ−ルコア７と界磁コイル８との絶縁を担って
いる。

【００１８】ランデル型ポールコア７のディスク部７２
の端部には、それぞれ冷却用の斜流ファン１１および遠
心ファン１２が設けられている。斜流ファン１１のブレ
ードの投影面積（回転方向Ｒに投影したブレードの面
積）は遠心ファン１２のブレードの投影面積より小さく
設定されている。また、斜流ファン１１の外径は遠心フ
ァン１２の外径より小さく設定されている。すなわち、
斜流ファン１１とそれに対応するコイルエンド群３１ｄ
との距離は、遠心ファン１２とそれに対応するコイルエ
ンド群３１ｃとの距離より大きく設定されている。フレ
−ム４は固定子２のコイルエンド群３１に対向した部分
に冷却風の吐出孔４２、及び軸方向端面に吸入孔４１が
設けられている。

【００１９】固定子２は、固定子鉄心３２と固定子巻線
を構成する電気導体としての導体セグメント３３、及び
固定子鉄心３２と導体セグメント３３との間を電気絶縁
するインシュレータ３４で構成され、フレ−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。

【００２０】固定子巻線は図３に示す矩形状の断面を持
つ銅線よりなるＵ字状の導体セグメント３３をスロット
３５内に挿入し、導体セグメント３３の端部を他の挿入
された導体セグメント３３の端部に接合することにより
構成されている。図３に示す内層側導体部３３ａ、外層
側導体部３３ｂ、ターン部３３ｃ、接合部３３ｄ、およ
び斜行部３３ｅ、３３ｆで構成された略同一形状のＵ字
状の導体セグメント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、図４に
示すように外層側導体部３３ｂはスロットの奥側に、内
層側導体部３３ａはスロット開口側に位置するように挿
入される。この導体セグメント３３は銅平板を折り曲
げ、プレス等で略Ｕ字型形状に製作され、略平行のスロ
ット側面に外層側、内層側の各導体部の両側面がインシ
ュレータ３４を介して当接する様に圧入される。その
後、図２に示すように、ターン部３３ｃと斜行部３３ｆ
とによって形成される第１のコイルエンド群３１ｃとは
反対側に位置する接合部３３ｄを互いに反対の周方向に
折り曲げた後、異層の他の導体セグメントの先端どうし
が電気導通するように超音波溶着、アーク溶接、ろう付
け等で接合され、その接合部３３ｄと斜行部３３ｅとに
より第２のコイルエンド群３１ｄが形成される。なお、
図４では、導体セグメント３３は絶縁皮膜が無い場合の
例であり、インシュレータ３４は同じスロット内の電気
導体間も絶縁するため、Ｓ字形状をなしている。

【００２１】図２に示すように、固定子鉄心３２の軸方
向側面の一方にターン部３３ｃ、他方に接合部３３ｄと
なるように配置されている。また、導体セグメント３３
のコイルエンド斜行部３３ｅ、３３ｆは外層、内層で逆
方向に傾斜しており、各層内では同一方向に傾斜してい
るため、多相の固定子巻線を干渉なく配置できる。そし
て、ターン部３３ｃと斜行部３３ｆとにより第１のコイ
ルエンド群３１ｃが、また接合部３３ｄと斜行部３３ｅ
とにより第２のコイルエンド群３１ｄが形成される。固
定子２は第２のコイルエンド群３１ｄがプーリ２０の側
（フロント側）に、第１のコイルエンド群３１ｃがリア
側に位置するようにフレーム４に支えられている。な
お、この導体セグメント３３の絶縁皮膜はあっても無く
とも良い。

【００２２】車両用交流発電機１の作動時、遠心ファン
１２は回転子３とともに回転し、吸入孔４１から取り込
んだ空気を遠心方向に供給する。そして、その空気はコ
イルエンド群３１ｃに供給され、コイルエンド群３１ｃ
を冷却し、吐出孔４２よりフレーム４の外部に排出され
る。これに対し、斜流ファン１１は吸入孔４１から取り
込んだ空気を遠心方向および軸方向の双方に分配する。
遠心方向に分配された空気は、コイルエンド群３１ｄに
供給され、コイルエンド群３１ｄを冷却後、吐出孔４２
よりフレーム４の外部に排出される。軸方向に分配され
た空気は、界磁コイル８を冷却し、その後コイルエンド
群３１ｃを通過して吐出孔４２よりフレーム４の外部に
排出される。

【００２３】ファンの遠心方向への冷却風の供給量は、
ファンの外径が大きいほど、そしてファンのブレードの
投影面積が大きいほど多くなる。前述のように、遠心フ
ァン１２の外径は斜流ファン１１の外径より大きく設定
されている。また、遠心ファン１２のブレード投影面積
は斜流ファン１１のブレード投影面積より大きく設定さ
れている。したがって、斜流ファン１１によるコイルエ
ンド群３１ｄへの冷却風の供給量は、遠心ファン１２に
よるコイルエンド群３１ｃへの冷却風の供給量より少な
くなる。

【００２４】図６は図５の矢印V から見た導体セグメン
ト３３のターン部を示している。また、図７は図５の矢
印VIから見た導体セグメント３３の接合部を示してい
る。ターン部３３ｃ側（図６）においては、冷却風はタ
ーン部３３ｃの傾斜に合わせて流れる。しかし、接合部
３３ｄ側（図７）においては、冷却風が矩形状のセグメ
ントの接合部３３ｄに生じる壁に衝突する。このため、
同風量、同速度の冷却風が供給されたときには、ターン
部３３ｃ側に比べて接合部３３ｄ側の冷却風による干渉
音が大きくなる。

【００２５】しかし、上述したように、コイルエンド群
３１ｄへの冷却風の供給量は、コイルエンド群３１ｃへ
の冷却風の供給量より少ない。また、コイルエンド群３
１ｄへの冷却風の速度は、コイルエンド群３１ｃへの冷
却風の速度より小さい。このため、コイルエンド群３１
ｄの干渉音を低減することができる。図５に示すよう
に、コイルエンド群３１の隣り合う稜線部３３ｅの間に
は隙間が設けられているので、冷却風はその間を通過す
ることができ、効率良くコイルエンド群３１を冷却する
ことができる。また、一般的にプーリ２０側（フロント
側）周囲の空気温度はリア側よりも低い。したがって、
少ない冷却風でも効率的にコイルエンド群３１ｄを冷却
できる。

【００２６】本実施例においては、冷却ファンについ
て、形状、外径、ブレード投影面積、およびコイルエン
ドとの距離についてフロント側とリア側とで差を設け
た。しかし、上述の冷却風によるコイルエンド群３１ｄ
の干渉音低減の効果を得るためには、必ずしもこれら全
てにおいて差を設ける必要はない。すなわち、これらの
要素からいくつかを適当に選択して、コイルエンド群３
１ｄへの冷却風供給量をコイルエンド群３１ｃへの冷却
風供給量より少なくする、もしくは、コイルエンド群３
１ｄへの冷却風の速度をコイルエンド群３１ｃへの冷却
風の速度より小さくすればよい。

【００２７】また、本実施例においては、冷却ファンは
ポールコア７の軸方向端部に設けたが、冷却ファンの位
置はそれに限定されることはなく、例えばフレーム４の
外部にファンを設け、外部から空気をフレーム４内に供
給するものでもよい。このように、両コイルエンド群３
１ｃおよび３１ｄの形状の違いに対応した態様にて冷却
風を供給することにより、冷却騒音を低減することが可
能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一実施形態の車両用交流発電機の断
面図である。

【図２】第一実施形態の固定子の外観図である。

【図３】第一実施形態の導体セグメントの斜視図であ
る。

【図４】第一実施形態の固定子の部分的な断面図であ
る。

【図５】第一実施形態の固定子の両側面のコイルエンド
を示す斜視図である。

【図６】図５のV 矢視図である。

【図７】図５のVI矢視図である。

【符号の説明】

１ 車両用交流発電機 ２ 固定子 ３ 回転子 ４ フレ−ム ６ シャフト ７ ポールコア ８ 界磁コイル ９、１０ スリップリング １１ 斜流ファン １２ 軸流ファン 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

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−274335（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−204240（ＪＰ，Ａ) 実開 昭63−127265（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H02K 9/00 - 9/28 H02K 3/00 - 3/52 H02K 19/00 - 19/38

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転周方向に沿って交互にＮＳ極を形成
   する界磁回転子と、該回転子と対向配置された固定子鉄
   心及びこの固定子鉄心に装備された多相固定子巻線を備
   える固定子と、前記回転子と前記固定子とを支持するフ
   レームとを有する車両用交流発電機において、 前記多相固定子巻線は、前記固定子鉄心の一方の端部に
   電気導体の複数のターン部を配列して形成された第１の
   コイルエンド群と、前記固定子鉄心の他方の端部に電気
   導体の複数の接合部を配列して形成された第２コイルエ
   ンド群とを有し、 前記第１のコイルエンド群に前記第２のコイルエンド群
   より多くのもしくは速度の速い冷却風を供給する送風手
   段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】 前記送風手段は前記第１のコイルエンド
   群に対応する第１の送風ファンと前記第２のコイルエン
   ド群に対応する第２の送風ファンとを備えることを特徴
   とする請求項１に記載の車両用交流発電機。
3. 【請求項３】 前記第１の送風ファンは前記第１のコイ
   ルエンド群に対応する前記回転子の軸方向端部に設けら
   れ、前記第２の送風ファンは前記第２のコイルエンド群
   に対応する前記回転子の軸方向端部に設けられることを
   特徴とする請求項２に記載の車両用交流発電機。
4. 【請求項４】 前記第１の送風ファンの外径は前記第２
   の送風ファンの外径より大きいことを特徴とする請求項
   ３に記載の車両用交流発電機。
5. 【請求項５】 前記第１の送風ファンのブレード投影面
   積は前記第２の送風ファンのブレード投影面積より大き
   いことを特徴とする請求項３または請求項４のいずれか
   に記載の車両用交流発電機。
6. 【請求項６】 前記第１の送風ファンは遠心ファンであ
   り、前記第２の送風ファンは斜流ファンであることを特
   徴とする請求項３から請求項５のいずれかに記載の車両
   用交流発電機。
7. 【請求項７】 前記第１の送風ファンと前記第１のコイ
   ルエンド群との距離は前記第２の送風ファンと前記第２
   のコイルエンド群との距離よりも短いことを特徴とする
   請求項３から請求項６のいずれかに記載の車両用交流発
   電機。