JP3598624B2

JP3598624B2 - 交流発電機

Info

Publication number: JP3598624B2
Application number: JP33714495A
Authority: JP
Inventors: 慎一松原
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1995-12-25
Filing date: 1995-12-25
Publication date: 2004-12-08
Anticipated expiration: 2015-12-25
Also published as: JPH09182348A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両等に採用するに適した交流発電機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、車両用交流発電機においては、そのハウジングを構成するフレームの多くが、Ｅ／Ｇ組み付け剛性の確保及び磁束の漏洩防止の観点からアルミニウムのダイキャスト製品でもって形成されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このような交流発電機では、大がかりなダイキャスト製造設備が必要であり製造工程数も多く、また、製造過程での発熱やアルミ粉発生のため作業環境が悪い。このように、設備費、多工程数、作業環境改善費がフレームの製造コストに多大な悪影響を与えていた。
【０００４】
これに対しては、実公昭６２−１９０６７号公報にて示されているように、駆動プーリ側に位置する第１フレームを、薄肉鋼板によりプレス成形したフレーム本体とこのフレーム本体を補強するためのリブ状補強体とにより構成することで、上述の悪影響を解消することも考えられる。ここで、リブ状補強体は、フレーム本体に固着されて、反プーリ側の第２フレームと共にハウジングを構成するものである。
【０００５】
しかし、このような構成では、第１フレームが、上述のごとく、フレーム本体及びリブ状補強体の二部材からなる。このため、部品点数が多く構成が複雑となり、製造コストが却って上昇するという不具合がある。
また、上記公報の構成では、ロータ部で形成される磁束の第１フレームへの漏洩を防止するため、第１フレームのベアリングボックスとこのベアリングボックス内に収容されるベアリングとの間に非磁性材料からなるベアリングホルダを介装している。このため、より一層部品点数の増加を招いている。
【０００６】
そこで、本発明は、以上のようなことに対処するため、金属板のプレス成形形状に工夫を加えることにより、簡単な構成にて高い剛性を有し、かつ、磁束の漏洩を少なくするように形成した第１フレームを採用してなる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】
上記目的を達成するため、請求項１乃至５に記載の発明によれば、第１フレームには、複数の放射方向リブが皿状壁から筒状周壁に回り込むように形成されているので、補強部材を特別に設けることなく、第１フレームの剛性が高く維持され、部品点数の軽減が図れる。また、このため、第１フレームを薄肉構造とすることができる。また、プーリが第１フレームのベアリングボックスを外包するように回転軸の第１フレーム側端面に固設されているので、プーリの山中心から取り付けステーまでの軸方向取り付け寸法をコンパクトにできるため、ベルト駆動によりプーリに作用するテンションモーメント力を低減でき、上述した第１フレームの高剛性でもって、十分に吸収し得る。また、第１フレーム側のベアリング中心とプーリ山中心との軸方向寸法も短くできるため、ベルトテンションによりベアリングに加わるモーメント荷重を低減できる。
【０００８】
従って、請求項２に記載の発明のように金属板を磁性金属板としても、磁束の漏洩に影響を与える第１フレームの断面積を大幅に小さくすることができ、第１フレームへの磁束の漏洩を有効に防止し得る。その結果、交流発電機としての出力を適正に確保できる。
この場合、第１フレームには、冷却風の吸入口及び吐出口が形成されているので、第１フレームの磁束漏洩に影響を与える断面積をより一層小さくすることができ、その結果、上記磁束の漏洩をより一層減少できる。
【０００９】
また、上述のように第１フレームを薄肉構造にし得るので、当該第１フレームへの磁束の漏洩を防止するための非磁性材料からなるベアリングホルダを廃止して、第１フレームのベアリングボックス内にベアリングを直接収容して、上記ベアリングホルダを廃止することができる。その結果、この種交流発電機の部品点数の軽減により一層役立つ。
【００１０】
また、請求項３に記載の発明のように複数の放射方向リブが第１フレームの皿状壁からベアリングボックスの周壁に延在して形成されていれば、第１フレームの剛性がより一層高く維持され得る。
また、請求項４に記載の発明のように複数の周方向リブがその近傍の放射方向リブと連結して第１フレームに形成されていれば、回転軸に垂直な方向のストレス（例えば、ベルトテンションストレス）が第１フレームに作用しても、このストレスに対し、第１フレームは、放射方向リブと周方向リブの相乗作用に基づき高剛性を発揮して十分に耐え得る。
【００１１】
また、請求項５に記載の発明のように第１フレームの板厚がステータの内径×３×１０-2以下の値であれば、第１フレームが十分に薄肉構造となるので、上述した第１フレームへの磁束の漏洩を有効に防止し得る。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態を図１乃至図５に基づいて説明する。
図１は、車両用交流発電機に本発明が適用された例を示している。
この交流発電機は、第１フレーム１０及び第２フレーム２０を同軸的に組み合わせてなるハウジングＨと、このハウジングＨ内に同軸的に組み付けた円筒状ステータ３０及びランデル型ロータ４０とにより構成されている。
【００１４】
第１フレーム１０は、図１乃至図３にて示すごとく、ベアリングボックス１１と、円筒状周壁１２と、ベアリングボックス１１から後述するロータ部４０ｂの第１フレーム側端面に沿い円筒状周壁１２まで延出する皿状壁１３とを有するとともに２つの取り付けステー１０ａを有し、単一の鉄板をプレス成形することにより形成されている。
【００１５】
皿状壁１３の半径方向中央部には、４対の冷却風吸入口１３ａ、１３ｂが、図２にて示すごとく、対毎に、等角度間隔にて形成されており、互いに隣り合う各両一対の吸入口１３ａ、１３ｂの間には、４対の吸入口１３ｃ、１３ｄが、対毎に、皿状壁１３の半径方向内周縁部にて、等角度間隔に形成されている。
皿状壁１３の半径方向外周縁部には、４組の冷却風吐出口１３ｅ乃至１３ｈが、組毎に、互いに隣り合う各両一対の吸入口１３ａ、１３ｂの間にて、各一対の吸入口１３ｃ、１３ｄに対応して、等角度間隔に形成されている。
【００１６】
また、皿状壁１３には、４組の放射方向リブ１３ｉ、１３ｊ、１３ｋ、１３ｌ、１３ｍが、組毎に、図２にて二点鎖線により示すごとく、等角度間隔にて形成されており、放射方向リブ１３ｉは、吸入口１３ｂとこれに隣接する吸入口１３ｃ及び吐出口１３ｅとの間を通り、皿状壁１３の内周縁部から周壁１２に回り込むように形成されている。一方、リブ１３ｉとは他側に位置する放射方向リブ１３ｍは、吸入口１３ａとこれに隣接する吸入口１３ｄ及び吐出口１３ｈとの間を通り、皿状壁１３の内周縁部から周壁１２に回り込むように形成されている。
【００１７】
中央に位置する放射方向リブ１３ｋは、吸入口１３ｃ及び吐出口１３ｆと吸入口１３ｄ及び吐出口１３ｇとの間を通り、皿状壁１３の内周縁部から周壁１２に回り込むように形成されている（図１及び図３参照）。
放射方向リブ１３ｊは、吸入口１３ｃの半径方向外周部から両吐出口１３ｅ、１３ｆの間を通り周壁１２に回り込むように形成されており、一方、放射方向リブ１３ｌは、吸入口１３ｄの外周部から両吐出口１３ｇ、１３ｈの間を通り周壁１２に回り込むように形成されている。
【００１８】
また、皿状壁１３には、４個の放射方向リブ１３ｎが、図２にて二点鎖線により示すごとく、それぞれ、皿状壁１３の内周部から各一対の吸入口１３ａ、１３ｂの間を通り外周部にかけてＹ字状に延出し周壁１２に回り込むように形成されている。
皿状壁１３の半径方向中央部には、４個の周方向リブ１３ｐが、図２にて二点鎖線により示すごとく、それぞれ、両吸入口１３ｃ、１３ｄと４個の吐出口１３ｅ乃至１３ｈとの間を通り、等角度間隔にて形成されており、これら各周方向リブ１３ｑは、その各周方向端部にて、両放射方向リブ１３ｉ、１３ｍの各放射方向中間部位に連結されている。
【００１９】
皿状壁１３の内周縁部には、４個の周方向リブ１３ｑが、それぞれ、互いに隣り合う各両一対の吸入口１３ｃ、１３ｄの間にて形成されており、これら各周方向リブ１３ｑは、その各周方向端部にて、各両放射方向リブ１３ｍ、１３ｉの各放射方向内端部にそれぞれ連結されている。
皿状壁１３の外周縁部には、４個の周方向リブ１３ｒが、図２にて図示二点鎖線により示すごとく、互いに隣り合う各両組の吐出口１３ｅ乃至１３ｈの間にそれぞれ形成されており、これら各周方向リブ１３ｒは、その各周方向端部にて、各両放射方向リブ１３ｍ、１３ｉの各放射方向中間部位にそれぞれ連結されている。本実施の形態では、上述した各放射方向リブ及び各周方向リブは、第１フレーム１０の外側（プーリ側）に突出するようにプレス成形されている。なお、これら各放射方向リブ及び各周方向リブは、フレーム１０の内側（反プーリ側）に突出するようにプレス成形してもよい。また、図２にて、各符号１３ｓはバーリングねじを示す。
【００２０】
この交流発電機は、円筒状周壁１２より半径方向外側に一体的に延設される各ステー１０ａを介して、当該車両のエンジンに搭載されている。なお、各ステー１０ａは、円筒状周壁１２とは別体で形成され、周壁１２に取り付けられてもよい。
ステータ３０は、そのコア３１の外周面３１ａにて、第１フレーム１０の円筒状周壁１２内に同軸的に嵌合固定されており、ステータ３０の外周面３１ａの図１にて図示右端部には、第２フレーム２０が、その開口部にて同軸的に嵌合されている。なお、第１フレーム１０の各バーリングねじ１３ｓに対応して形成した第２フレーム２０の各貫通穴部（図示しない）よりボルト２１を通してそれぞれ挿通し第１フレーム１０のバーリングねじ１３ｓへ締着することにより、両フレーム１０、２０が互いに組み付けられている。
【００２１】
ロータ４０は、回転軸４０ａと、ロータ部４０ｂとにより構成されており、回転軸４０ａは、第２フレーム側端部４１にて、第２フレーム側ベアリング５０を介し、第２フレーム２０のベアリングボックス２２内に回転自在に軸支されている。また、この回転軸４０ａは、その第１フレーム側端部４２にて、第１フレーム側ベアリング６０を介し、第１フレーム１０のベアリングボックス１１内に回転自在に軸支されている。なお、第１フレーム側ベアリング６０は、ベアリングボックス１１内に同軸的に収納されている。また、図４にて、各符号２３は第２フレーム２０の冷却風吸入口を示す。
【００２２】
この回転軸４０ａの第１フレーム側端部４２には、断面略コ字状のプーリ７０が、ベアリングボックス１１を外周から包み込むように、同軸的に軸支されており、このプーリ７０は、その壁部７１にて、第１フレーム側端部４２の雄ねじ部に締着したナット４３により、ベアリング６０のインナーレースとの間に挟持されている。また、プーリ７０は、当該車両のエンジンの出力軸に高分子材料からなるベルトにより連結されている。
【００２３】
ロータ部４０ｂは、そのコア４３の軸穴部４３ａにて、回転軸４０ａの中間部位に圧入によりローレット嵌合されており、このロータ部４０ｂは、ステータ３０内に同軸的に嵌装されている。なお、ロータ部４０ｂのコア４３及びコイル４４はステータ３０と共に磁気回路を形成する。
また、本実施の形態では、コア４３→ベアリング６０→第１フレーム→コア３１という経路の磁束の漏洩を許容限度内に抑制するため、第１フレーム１０の板厚ｔと、漏洩磁束率Ｒとの関係につき、ステータ３０のコア３１の内径（以下、内径Ｄという）を変えて種々検討を加えたところ、図５にて示すような特性曲線Ｑが得られた。ここで、ロータ部で発生する主磁束に対し、漏洩磁束率Ｒは、（漏洩磁束／主磁束）×１００％により表される。
【００２４】
しかして、図５の特性曲線Ｑにより、板厚ｔがＤ×３×１０^−２のとき漏洩磁束率Ｒが許容値Ｒ_０になることが分かった。ここで、板厚ｔ＝Ｄ×３×１０^−２は、第１フレーム１０の各放射方向リブ及び各周方向リブとの関係で第１フレーム１０を十分に薄くできる値である。本実施の形態では、第１フレーム１０の板厚は、例えば、１．６ｍｍとした。なお、許容値Ｒ_０は、交流発電機としての適正な出力を維持できる漏洩磁束率Ｒの上限値に相当する。
【００２５】
このように構成した本実施の形態においては、第１フレーム１０が、単一の鉄板により構成されているので、構成が簡単となる。従って、交流発電機の製造コスト低減に役立つ。
また、ステータ３０のコア３１の外周面３１ａが第１フレーム１０の円筒状周壁１２内に同軸的に嵌合固定されているので、第１フレーム１０の円筒状周壁１２の機械的強度がコア３１に本来備わっている剛性まで高められる。
【００２６】
また、第１フレーム１０には、複数の放射方向リブが軸対称的に皿状壁１３から周壁１２に回り込むように形成されているので、第１フレーム１０の剛性が高く維持される。このため、回転軸に平行な振動ストレスが加わっても、この振動ストレスに対し第１フレーム１０が十分な機械的強度を発揮できる。
この場合、プーリ７０が、第１フレーム１０のベアリングボックス１１を外方から包み込むように、回転軸４０ａの第１フレーム側端面に固設されているので、プーリ７０の山中心７２から取り付けステー１０ａまでの軸方向取り付け寸法Ｌをコンパクトにできる。このため、べルト駆動によりプーリ７０に作用するテンションモーメント力を低減できる。また、第１フレーム１０側ベアリング６０の中心６１とプーリ山中心７２との軸方向寸法ｌも短くできるため、ベルトテンションよりベアリング６０に加わるモーメント荷重を小さくできる。
【００２７】
また、第１フレーム１０には、周方向リブがその近傍の放射方向リブと連結して軸対称的に形成されている。このため、回転軸４０ａに垂直な振動ストレスが第１フレーム１０に加わったり、ベルトによりプーリ７０に加わるテンション力が回転軸４０ａに対し垂直なストレスとして作用しても、これらのストレスに対し、第１フレーム１０が、放射方向リブと周方向リブの相乗作用に基づき十分な剛性を確保できる。
【００２８】
また、上述のごとく、第１フレーム１０には、複数の放射方向リブが皿状壁１３から周壁１２に回り込むように形成されているので、第１フレーム１０が、単一の鉄板でも、高剛性を確保できる。このため、第１フレーム１０を薄肉構造とすることができる。
従って、かかる薄肉構造のため、磁束の漏洩に影響を与える第１フレーム１０の断面積を大幅に小さくすることができ、上述した漏洩磁束率Ｒを許容値Ｒ_０以下にし得る。その結果、車両用交流発電機としての出力を適正に確保できる。
【００２９】
この場合、第１フレーム１０には、複数の冷却風吸入口及び吐出口が形成されているので、第１フレーム１０の磁束漏洩に影響する断面積をより一層小さくすることができ、その結果、漏洩磁束率Ｒをより一層小さくできる。
このため、第１フレーム１０への磁束の漏洩を防止するための非磁性材料からなるベアリングホルダを廃止して、第１フレーム１０のベアリングボックス１１内にベアリング６０を直接収容して、上記ベアリングホルダを廃止することができる。その結果、この種交流発電機の部品点数の軽減により一層役立つ。
【００３０】
以上述べたように、第１フレームに必要とされる高剛性を有しかつ磁束漏洩の少ない第１フレーム１０を、単一の鉄板のプレス成形品でもって簡単な構成にて安価に提供することができる。
なお、上記実施の形態においては、放射方向リブが第１フレーム１０の皿状壁１３から周壁１２にかけて形成されている例について説明したが、これに加えて、複数の放射方向リブを、皿状壁１３からベアリングボックス１１にかけて回り込むように形成して実施してもよい。
【００３１】
また、本発明の実施にあたっては、車両用交流発電機に限ることなく、各種産業用交流発電機に本発明を適用して実施してもよい。また、ランデル型交流発電機に限ることなく、例えば突極型交流発電機に本発明を適用して実施してもよい。
また、上記実施の形態では、第１フレーム１０を単一の鉄板によりプレス成形するようにしたが、これに限らず、第１フレーム１０を単一の磁性金属板によりプレス成形するようにしてもよく、また、第１フレーム１０を単一の金属板によりプレス成形するようにしてもよい。
【００３２】
また、上記実施の形態では、第１フレーム１０の各吐出口を皿状壁１３に形成した例について説明したが、これに代えて、各吐出口を第１フレーム１０の筒状周壁１２に形成してもよい。
また、本発明の実施にあたっては、上記実施の形態にて述べた放射方向リブや周方向リブの数は適宜変更して実施してもよく、また、放射方向リブや周方向リブは、必要に応じて部分的に廃止して実施してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る車両用交流発電機の一実施の形態を示す断面図である。
【図２】図１の交流発電機を駆動プーリ側から見た側面図である。
【図３】図１の第１フレームの拡大半断面図である。
【図４】図１の交流発電機を反駆動プーリ側から見た側面図である。
【図５】漏洩磁束／主磁束と第１フレームの板厚との関係をステータの内径Ｄをパラメータとして表したグラフである。
【符号の説明】
Ｈ・・・ハウジング、１０・・・第１フレーム、
１０ａ・・・取り付けステー、１１・・・ベアリングボックス、
１２・・・筒状周壁、１３・・・皿状壁、
１３ａ乃至１３ｄ・・・冷却風吸入口、１３ｅ乃至１３ｈ・・・冷却風吐出口、
１３ｉ乃至１３ｎ・・・放射方向リブ、１３ｐ乃至１３ｒ・・・周方向リブ、
２０・・・第２フレーム、３０・・・ステータ、３１・・・ステータコア、
３１ａ・・・外周面、４０・・・ロータ、４０ａ・・・回転軸、
４０ｂ・・・ロータ部、４２・・・回転軸第１フレーム側端部、
４３・・・ポールコア、４４・・・ロータコイル、６０・・・ベアリング、
６１・・・ベアリング中心、７０・・・プーリ、７２・・・プーリ山中心。

Claims

互いに組み付けられてハウジング（Ｈ）を構成する第１のフレーム（１０）及び第２のフレーム（２０）と、
前記ハウジング内に同軸的に組み付けられたステータ（３０）と、
前記両フレームにより回転自在に軸支された回転軸（４０ａ）とこの回転軸と一体に回転するよう固設され、前記ステータ内に嵌装してなるロータ（４０）とを備え、
前記第１フレームが、前記ステータの外周部（３１ａ）を収容する筒状周壁（１２）と、前記回転軸を軸支するベアリング（６０）を収容するベアリングボックス（１１）と、このベアリングボックスから前記ロータの第１フレーム側端面に沿うように前記筒状周壁まで延出された皿状壁（１３）とを有し、この皿状壁に冷却風吸入口（１３ａ乃至１３ｄ）を形成するとともに当該皿状壁及び前記筒状周壁の少なくとも一方に冷却風吐出口（１３ｅ乃至１３ｈ）を形成してなり、
前記第１フレームがプレス成形された単一の金属板により形成されており、
当該第１フレームには、前記皿状壁から前記筒状周壁に放射状に回り込む形状にて複数の放射方向リブ（１３ｉ乃至１３ｎ）が形成されている交流発電機であって、
前記第１フレームが、該第１フレームに一体もしくは別体で取り付けられた取り付けステー（１０ａ）を介してエンジンに搭載され、
前記ロータがランデル型ロータであり、
また、前記第１フレームのベアリングボックスを外包するよう、前記回転軸に固設され、前記エンジンの動力をベルトを介し前記回転軸に伝達する断面略コ字状のプーリ（７０）を備えてなる交流発電機。
前記金属板が磁性金属板であることを特徴とする請求項１に記載の交流発電機。
前記複数の放射方向リブが前記皿状壁から前記ベアリングボックスの周壁に延在して形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の交流発電機。
前記第１フレームのプレス成形時に、その皿状壁に周方向に沿い形成されて前記複数の放射方向リブのうちの近傍の放射方向リブと少なくとも一箇所にて連結する複数の周方向リブ（１３ｐ乃至１３ｒ）が前記第１フレームに形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一つに記載の交流発電機。
前記第１フレームの板厚が、前記ステータの内径×３×１０-2以下の値であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一つに記載の交流発電機。