JP3674211B2

JP3674211B2 - Vehicle alternator

Info

Publication number: JP3674211B2
Application number: JP01802997A
Authority: JP
Inventors: 克彦杉谷
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1997-01-31
Filing date: 1997-01-31
Publication date: 2005-07-20
Anticipated expiration: 2017-01-31
Also published as: JPH10225061A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転子に固定された冷却ファンを回転させることによりステータコイル等の冷却を行う車両用交流発電機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車両用交流発電機は、車両走行中にバッテリの補充電を行うとともに、エンジンの点火、照明、その他の各種電装品の電力を賄うものであり、市場競争力を維持あるいは向上させるために、冷却ファンを回転させたときに生じる風切音やステータコイルとの干渉音等のファン音や、回転子を回転させて発電を行っているときに生じる各部の共振による磁気音などを低減して低騒音化を図ることが重要である。
【０００３】
上述したファン音を低減する従来技術として、特開平３−１０７３４８号公報に開示された冷却ファンがある。この冷却ファンは、回転中心からの半径が大きくなるにしたがってファンブレードの高さが低くなるように設定されており、ファンブレードの外周端近傍で生じる風切音や干渉音を少なくすることにより交流発電機のファン音の騒音レベルを低くすることができる。
【０００４】
また、ファン音を低減する他の従来技術として、特開平７−１９４０５９号公報に開示された冷却用ファンがある。この冷却ファンは、複数のファンブレードの断面形状を流線形に形成するとともに各ファンブレードの軸方向端部をファンガイドで覆うことにより、ファン音を低減している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した特開平３−１０７３４８号公報に開示された冷却ファンは、ファンブレードの高さが低くなった分面積が減少するため風量が低下し、充分な冷却能力が得られないおそれがある。特に、この冷却ファンは、最も線速度が大きな各ファンブレードの遠心方向先端部の高さを低くしているため、冷却能力の低下が顕著になるおそれがある。近年、車両の高級化等に伴って車両の電気負荷動向は年々増加の傾向にあり、車両用交流発電機の高出力化が要求されているが、出力電流の増大はそのままステータコイルや整流装置等の温度上昇につながるため、少しでも多くの風量を確保した状態を維持しながら低騒音化を図ることが望まれている。
【０００６】
また、上述した特開平７−１９４０５９号公報に開示された冷却ファンは、その断面が流線形形状を有しているが、一般にファンブレードの表面を曲面形状にすると風量が低下することが知られており、風量の低下に伴って冷却能力が低下する。また、この冷却ファンは、ファンブレードの軸方向端部に取り付けられたファンガイドを有しているが、このファンガイドをファンブレードとは別に用意してファンガイドに取り付ける場合には部品点数や組み付け工程の増加を伴うことになる。ファンブレードとファンガイドを合成樹脂で一体的に成形することもできるが、この場合には別に用意された取付基板にこの一体成形品を取り付ける必要があるため、結局冷却ファンの全体を一つの部品として製造することはできない。特に、冷却ファンを量産する場合を考えると、鉄板等の板材をプレス機によって所定形状に打ち抜いて折り曲げることにより製造できれば都合がよいが、上述したファンブレードとファンガイドを有する冷却ファンは複雑な形状を有しているため１枚の板材を加工して簡単に作ることはできない。
【０００７】
本発明は、このような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は回転時の騒音を低減することができる冷却ファンを備えた車両用交流発電機を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の車両用交流発電機の回転子の冷却ファンは、ファンブレードの先端部である外縁部のみをファンブレードに対して回転方向後方に部分的に傾斜あるいは湾曲させており、傾斜あるいは湾曲した外縁部は、ファンブレードを折り曲げることにより形成されている。このため、冷却ファンを回転させたときにこの先端部分で発生する風切音、あるいは冷却ファンをハウジング内に内蔵している場合にはこの先端部分近傍から排出される冷却風がステータコイルに衝突して生じる干渉音を低減することができる。また、ファンブレードの先端のみを回転方向後方に傾斜させることにより、従来の平面ブレードのオルタネータに比べて、風量をほとんど低下させることなく、ファン音の騒音レベルを大幅に低減することができる。なお、ファンブレードの外縁部としては、遠心方向の外側、内側、軸方向側などが含まれるが、これらの中でも遠心方向の外側先端部分は回転時の線速度が最も大きい部分であり、この部分で発生する風切音や干渉音を低減できれば、冷却ファンを回転させたときに生じる騒音の低減に大きく寄与することができる。
【０００９】
特に、上述した冷却ファンを金属板によって形成した場合には、ファンブレードおよびその外縁部を折り曲げるだけで、上述した傾斜形状や湾曲形状を含む冷却ファンを形成することができ、製造しやすく量産に適している。また、この金属板を用いた冷却ファンを、回転軸に対して垂直方向をなすファン基板とこのファン基板から回転軸方向に延びたファンブレードによって構成し、基板の最外周より外側にファンブレードの先端部を突出させた場合には、この突出させた先端部の折り曲げがさらに容易になり、製造しやすさが増す。
【００１０】
また、上述したファンブレードは、ほぼ平面状の主面とその先端部を傾斜あるいは湾曲した外縁面とによって形成することが好ましい。一般に、ファンブレードは曲面形状よりも平面形状に形成した方が多くの風量を確保することができるため、上述したファンブレードの主面を平面状に形成し、外縁面のみを傾斜あるいは湾曲させるようにすれば、風量を低下させることなくほぼ維持しながらファン音を低減することができる。具体的には、この外縁面の全体を傾斜させる場合の傾斜方向、あるいは湾曲させる場合の先端部分の接線方向は、回転子外周面の接線方向までの範囲で設定されており、この範囲内で設定することによりファンブレード先端部での冷却風の吐出圧を抑えることができ、ファン音低減の効果が生じる。
【００１１】
また、ファンブレードがいわゆる遠心ファンを構成するものに本発明が適用されることで、高いファン音低減効果が得られる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明を適用した車両用交流発電機（以後、「オルタネータ」と称する）は、回転子であるロータの軸方向端面に取り付け固定された冷却ファンの遠心方向先端部を回転方向後方に部分的に傾斜させ、あるいは湾曲させることにより、回転時のファン音を低減することに特徴がある。以下、本発明を適用した実施形態のオルタネータについて、図面を参照しながら具体的に説明する。
【００１３】
図１は、本実施形態のオルタネータの全体構成を示す図である。同図に示すオルタネータ１は、回転子としてのロータ２と、固定子としてのステータ３と、ロータ２にフィールド電流を供給するブラシ装置４と、ステータ３から出力される３相交流電圧を整流する整流装置としてのレクチファイヤ５と、このレクチファイヤ５の出力電圧をほぼ一定に制御する電圧制御装置としてのＩＣレギュレータ６と、ロータ２およびステータ３を収納する筐体となるフロントハウジング７およびリヤハウジング８と、ロータ２の一方端に固定されるプーリ９と、リヤハウジング８に取り付けられたブラシ装置４、レクチファイヤ５およびＩＣレギュレータ６を外側から覆うリヤカバー１０等を含んで構成されている。
【００１４】
ロータ２は、絶縁処理された銅線を円筒状かつ同心状に巻き回したフィールドコイル２１を、それぞれが６個の爪を有するポールコア２２、２３によって、回転軸であるシャフト２４を通して両側から挟み込んだ構造を有している。また、シャフト２４のリヤ側にはフィールドコイル２１の両端に電気的に接続されたスリップリング２７、２８が形成されており、ブラシ装置４内のブラシ３４、３６をスリップリング２７、２８のそれぞれに押し当てた状態で組み付けることにより、ＩＣレギュレータ６からフィールドコイル２１に対して励磁電流が流れるようになっている。
【００１５】
また、フロント側（プーリ９が取り付けられる側）のポールコア２２の端面には、フロント側から吸い込んだ冷却風をロータ２の径方向に吐き出すために遠心式の冷却ファン２５が溶接等によって取り付け固定されている。同様に、リヤ側のポールコア２３の端面には、リヤ側から吸い込んだ冷却風をロータ２の径方向に吐き出すために遠心式の冷却ファン２６が溶接等によって取り付け固定されている。これらの冷却ファン２５、２６の詳細な形状については後述する。
【００１６】
ステータ３は、複数個（例えば３６個）のスロットが形成されたステータコア３１と、これらのスロットに所定の間隔で巻き回された３相のステータコイル３２とを含んで構成されている。このステータコイル３２は、発電時に流れる出力電流によって発熱して高温になるが、ロータ２に固定された２枚の冷却ファン２５、２６の回転によって遠心方向に吐出される冷却風によって冷却され、材料等によって決まる所定の耐熱温度以下に冷却される。
【００１７】
レクチファイヤ５は、３相のステータコイル３２の出力電圧である３相交流を整流して直流出力を得るためのものであり、それぞれに複数個の整流素子が半田付けされた正極側放熱板５２および負極側放熱板５３とを含んで構成されている。正極側放熱板５２および負極側放熱板５３に半田付けされた各整流素子は、発電時に流れるステータコイル３２からの電流によって発熱するが、ロータ２のリヤ側に取り付けられた冷却ファン２６の回転によってリヤカバー１０を通して吸入される冷却風によって、各放熱板５２、５３を介して間接的に冷却される。
【００１８】
ＩＣレギュレータ６は、ロータ２のフィールドコイル２１に流す励磁電流を制御するものであり、オルタネータ１の電気負荷が軽くて出力電圧が高くなる場合には、フィールドコイル２１に対する電圧の印加を断続することにより、オルタネータの出力電圧を一定に保っている。このように、ＩＣレギュレータ６は発電時にはフィールドコイル２１に対する通電を行っており、これを制御するスイッチングトランジスタ（図示せず）が発熱するが、上述したレクチファイヤ５の場合と同様に、ロータ２のリヤ側に取り付けられた冷却ファン２６の回転によってリヤカバー１０を通して吸入される冷却風によって冷却される。
【００１９】
上述した構成を有するオルタネータ１は、ベルト等を介してプーリ９にエンジン（図示せず）からの回転が伝えられるとロータ２が所定方向に回転する。このとき、フィールドコイル２１に外部から初期励磁電圧を印加することにより、ロータ２のポールコア２２、２３のそれぞれの爪部が励磁され、ステータコイル３２に３相交流電圧を発生させることができ、レクチファイヤ５の出力端子からは所定の出力電流が取り出される。以後、オルタネータ１自身の出力電圧がＩＣレギュレータ６を介してフィールドコイル２１に印加されるため、外部から印加する励磁電流が不要となる。
【００２０】
また、上述したロータ２の回転に伴って、一方のポールコア２２の端面に取り付けられた冷却ファン２５が回転するため、フロントハウジング７のプーリ９近傍の吸入窓を介して冷却風がオルタネータ１内部に吸入され、この冷却風がロータ２の径方向に排出されて、ステータコイル３２のフロント側半分が冷却される。同様にロータ２の回転に伴って他方のポールコア２３の端面に取り付けられた冷却ファン２６が回転するため、リヤカバー１０の吸入窓を介して吸入された冷却風が、上述したようにレクチファイヤ５やＩＣレギュレータ６あるいはブラシ装置４等を冷却した後、冷却ファン２６近傍まで導かれ、この冷却風がロータ２の径方向に排出されて、ステータコイル３２のリヤ側半分が冷却される。図１においては、このようにしてフロント側の冷却ファン２５によって吸入された後排出される冷却風の流れが矢印Ａ、Ｂによって示され、リヤ側の冷却ファン２６によって吸入された後排出される冷却風の流れが矢印Ｃ、Ｄによって示されている。
【００２１】
図２は、ロータ１のリヤ側のポールコア２３に取り付け固定された冷却ファン２６の詳細な形状を示す図である。なお、ロータ１のフロント側のポールコア２２に取り付け固定された冷却ファン２５も基本的に同様の形状を有しているため、以下ではリヤ側の冷却ファン２６について詳細な説明を行うものとする。
【００２２】
同図に示すように、冷却ファン２６は、ロータ２の回転軸と垂直方向、すなわちポールコア２３の回転軸方向の端面と平行に形成されたファン基板４０と、このファン基板４０から回転軸方向に延びた複数枚のファンブレード４２とによって構成されている。ファンブレード４２の枚数は、回転時に発生するファン音の各次数成分のピーク位置が、ロータ２やステータ３の各部の振動によって発生する各種の磁気音の各次数成分のピーク位置と一致しないように設定することが好ましい。例えば、ポールコア２２、２３の爪部の個数やステータコア３１のスロット数はいずれも３の倍数であるため、本実施形態のファンブレード４２の枚数は、３の倍数以外の枚数である１１枚に設定されている。
【００２３】
また、ファン基板４０には６個の溶接部４４が形成されており、各溶接部４４をポールコア２３に例えば抵抗溶接することにより、冷却ファン２６がポールコア２３の軸方向端面に取り付け固定される。なお、冷却ファン２６をポールコア２３の軸方向端面に取り付け固定する方法については、抵抗溶接以外の他の溶接方法やネジ止め等の他の接合方法を用いるようにしてもよい。
【００２４】
図３は、図２に示した冷却ファン２６を部分的に拡大してファンブレード４２の詳細形状を示す図である。また、図４は図３に示すファンブレード４２をＩ方向から見た拡大図である。図３および図４に示すように、ファンブレード４２は、平面形状を有する主面４２Ａと、この主面４２Ａと所定の角度θ1 をなすように折り曲げた外縁面４２Ｂとを有しており、平面形状の主面４２Ａの遠心方向外側の先端を部分的に回転方向の後方に傾斜させた形状を有している。図３に示すように主面４２Ａとロータ２の外周円４６の接線方向とのなす角度をθ2 とすると、上述した外縁面４２Ｂの傾斜角θ1 は、０〜θ2 の範囲で設定される。
【００２５】
上述した詳細形状を有する冷却ファン２６は、例えばプレス機を用いて鉄板を折り曲げることにより形成される。また、外縁面４２Ｂは、ファンブレード４２をファン基板４０と垂直に折り曲げた後に、その先端部分をさらに上述した所定の傾斜角θ1 だけ折り曲げることにより形成される。特に、図３に示すように、ファン基板４０の最外周４８よりさらに外側にファンブレード４２の外縁面４２Ｂを突出させているため、鉄板を用いて冷却ファン２６を形成する場合に、この外縁面４２Ｂの折り曲げを容易に行うことができる。
【００２６】
図５は、上述した外縁面４２Ｂを有する冷却ファン２６を用いたロータ２を所定方向に回転させた場合に、冷却ファン２６から吐出される冷却風の状態を示す図である。また、図６は従来のロータを回転させた場合に冷却ファンから吐出される冷却風の状態を示す図である。
【００２７】
図５および図６において、矢印Ｅは一枚のファンブレードに着目した場合の冷却風の吐出方向を示しており、領域Ｆはその吐出範囲を示している。上述したようにファンブレード４２の先端部分の外縁面４２Ｂが主面４２Ａに対して回転方向後方に傾斜しているため、図５に示すようにファンブレード４２から排出される冷却風の吐出範囲Ｆが広がり、しかも、先端部分である傾斜した外縁面４２Ｂの近傍における冷却風の吐出方向Ｅが分散されてその吐出圧が抑制される。特に、ロータ２の回転時にはファンブレード４２の先端部分の線速度が最も速く、またこの先端部分が最もステータコイル３２に接近しているため、この先端部分近傍における冷却風の吐出圧を抑制することができれば、この先端部分近傍から排出される冷却風がステータコイル３２に衝突して生じる干渉音や、ファンブレード４２の遠心方向の輪郭部分で生じる風切音を大幅に低減することができる。
【００２８】
また、図６に示した従来のロータに取り付けられた冷却ファンと比較すれば分かるように、本実施形態の冷却ファン２６は、ファンブレード４２の先端を部分的に傾斜させただけであり、その大部分を占める主面４２Ａは平面形状に形成されているため、風量自体は従来の冷却ファンとほとんど変わらず、冷却能力が特に低下することもない。
【００２９】
図７は、上述した冷却ファン２６を用いた本実施形態のオルタネータ１のファン音の騒音レベルを測定した結果を示す図であり、横軸はオルタネータ１の回転数を、縦軸は騒音レベル（１目盛りが１０ｄＢ）をそれぞれ示している。同図に示す実線Ｇが本実施形態のオルタネータ１に、点線Ｈが図６に示した平面形状のファンブレードを有するロータを用いた従来のオルタネータ（以後、「平面ブレードのオルタネータ」と称する）に、一点鎖線Ｋが図８に示す曲面形状を有するファンブレードを有するロータを用いた従来のオルタネータ（以後、「曲面ブレードのオルタネータ」と称する）にそれぞれ対応している。
【００３０】
図７に示すように、全周波数帯域の騒音レベルを示すオーバオール特性をみると、本実施形態のオルタネータ１は、従来の平面ブレードのオルタネータと比較すると全域で数ｄＢ騒音レベルが低くなっており、従来の曲面ブレードのオルタネータと比較しても一部の回転数範囲を除いて若干騒音レベルが低くなっている。
【００３１】
また、各次数成分の包絡線を示す次数包絡線特性についてもほぼ同様の結果が得られており、本実施形態のオルタネータ１は、従来の平面ブレードのオルタネータと比較すると全域で数ｄＢ騒音レベルが低くなっており、従来の曲面ブレードのオルタネータと比較するとほとんどの回転数域で数ｄＢ騒音レベルが低くなっている。
【００３２】
図９は、図７に騒音レベルの測定結果を示した３種類のオルタネータについて冷却風の風量を比較した結果を示す図である。図９に示すように、実線Ｇで示された本実施形態のオルタネータ１の風量は、点線Ｈで示された従来の平面ブレードのオルタネータの風量とほぼ同じであるといえる。一方、一点鎖線Ｋで示された従来の曲面ブレードのオルタネータの風量は、本実施形態のオルタネータ１の風量と比較すると低下の度合いが大きく、冷却能力も低下していることが予想される。
【００３３】
このように、本実施形態のオルタネータ１は、ファンブレード４２の先端を回転方向後方に傾斜させることにより、従来の平面ブレードのオルタネータに比べて、風量をほとんど低下させることなく、ファン音の騒音レベルを大幅に低減することができる。
【００３４】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。例えば、上述した実施形態では、図３に示すように、ファンブレード４２の先端を部分的に傾斜させて外縁面４２Ｂを形成したが、図１０に示すように、ファンブレード４２の先端を部分的に湾曲させて外縁面４２Ｃを形成するようにしてもよい。図２を用いて説明したように主面４２Ａとロータ２の外周円４６の接線方向とのなす角度をθ2 とすると、外縁面４２Ｃの先端部分の接線方向の傾斜角（この接線と主面４２Ａとのなす角度）θ3 は、０〜θ2 の範囲で設定される。
【００３５】
このように先端部分を湾曲させて外縁面４２Ｃを形成した場合であっても、ファンブレード４２から排出される冷却風の吐出範囲が広がり、しかも先端部分である湾曲した外縁面４２Ｃの近傍における吐出圧が抑制されるため、ロータ２の回転時に外縁面４２Ｃの近傍で生じる風切音や、ステータコイル３２に冷却風が衝突することにより生じる干渉音を低減することができる。
【００３６】
また、上述した実施形態では、ファン基板４０に対して垂直にファンブレード４２を折り曲げた遠心式の冷却ファンの先端を部分的に傾斜あるいは湾曲させた場合を説明したが、図１１に示すように、ファン基板に対して９０度未満の角度でファンブレードを折り曲げた軸流式の冷却ファンの先端を部分的に傾斜あるいは湾曲させてもよい。また、本実施形態では、主面４２Ａを平面形状に形成したが、図８に示した従来の曲面形状を有するファンブレードの先端を部分的に傾斜あるいは湾曲させてもよい。
【００３７】
また、図１に示したように、上述した実施形態では冷却ファンを内蔵した内扇式のオルタネータについて説明したが、冷却ファンがハウジングの外部に取り付けられた外扇式のオルタネータについても本発明を適用し、冷却ファンの先端を部分的に回転方向後方に傾斜あるいは湾曲させてもよい。この場合には、冷却ファンの外周側にステータコイルが存在しないため、ステータコイルによる干渉音は生じないが、風切音の発生を効果的に抑えてファン音を低減することができる。
【００３８】
また、上述した実施形態の冷却ファン２５、２６は、一例として鉄板を折り曲げて形成するようにしたが、ファンブレードの先端を部分的に傾斜あるいは湾曲させればよいため、鉄板以外の金属板を用いて形成したり、板材以外の金属材料を用いて（例えば鋳物やアルミダイカストによって）形成したり、樹脂材料を用いて形成してもよい。
【００３９】
また、上述した実施形態では、ファンブレード４２の遠心方向外側の先端のみを部分的に傾斜あるいは湾曲させて外縁面としたが、併せてファンブレード４２の回転軸方向の外縁部を部分的に傾斜あるいは湾曲させて、この部分で生じる風切音をさらに低減するようにしてもよい。
【００４０】
また、ファンブレードの外縁のうち、回転速度が速く、風切音を生じやすい部分を選択して部分的に外縁面とするほかに、すべての外縁を外縁面としてもよく、またファンブレードの外縁の角部のみを回転方向後方に傾斜あるいは湾曲させてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態のオルタネータの全体構成を示す図である。
【図２】リヤ側の冷却ファンの詳細な形状を示す図である。
【図３】図２に示した冷却ファンを部分的に拡大してファンブレードの詳細形状を示す図である。
【図４】図３に示すファンブレードをＩ方向から見た図である。
【図５】図２に示す冷却ファンを用いたロータを回転させた場合にこの冷却ファンから吐出される冷却風の状態を示す図である。
【図６】従来の平面形状のファンブレードの冷却ファンを用いたロータを回転させた場合にこの冷却ファンから吐出される冷却風の状態を示す図である。
【図７】本実施形態のオルタネータのファン音の騒音レベルを測定した結果を示す図である。
【図８】曲面形状のファンブレードを有する従来の冷却ファンの詳細形状を示す図である。
【図９】本実施形態のオルタネータの冷却風の風量を測定した結果を示す図である。
【図１０】本実施形態の冷却ファンの変形例を示す図である。
【図１１】本実施形態の冷却ファンの変形例を示す図である。
【符号の説明】
１オルタネータ
２ロータ
３ステータ
２２、２３ポールコア
２５、２６冷却ファン
４０ファン基板
４２ファンブレード
４２Ａ主面
４２Ｂ、４２Ｃ外縁面[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an automotive alternator that cools a stator coil and the like by rotating a cooling fan fixed to a rotor.
[0002]
[Prior art]
The vehicle alternator performs auxiliary battery charging while the vehicle is running and covers the power for engine ignition, lighting, and other electrical components. Cooling is used to maintain or improve market competitiveness. Reduces fan noise such as wind noise generated when the fan is rotated and interference sound with the stator coil, and magnetic noise caused by resonance of each part that is generated when the rotor is rotated to generate power. It is important to reduce noise.
[0003]
As a conventional technique for reducing the fan noise described above, there is a cooling fan disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 3-107348. This cooling fan is set so that the height of the fan blade decreases as the radius from the center of rotation increases, and AC is reduced by reducing wind noise and interference generated near the outer periphery of the fan blade. The noise level of the fan sound of the generator can be lowered.
[0004]
Another conventional technique for reducing fan noise is a cooling fan disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 7-194059. In this cooling fan, the fan noise is reduced by forming the cross-sectional shape of a plurality of fan blades in a streamline shape and covering the axial end of each fan blade with a fan guide.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, the cooling fan disclosed in the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 3-107348 has a risk that the area of the fan blade is lowered and the area is reduced, so that the air volume is lowered and sufficient cooling capacity cannot be obtained. . In particular, in this cooling fan, since the height of the distal end portion in the centrifugal direction of each fan blade having the highest linear velocity is lowered, there is a possibility that the cooling capacity is significantly lowered. In recent years, the trend of electric loads on vehicles has been increasing year by year with the upgrading of vehicles, and there has been a demand for higher output of vehicle AC generators. Therefore, it is desired to reduce noise while maintaining a state where a large amount of airflow is secured.
[0006]
Further, the cooling fan disclosed in the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-194059 has a streamlined cross section, but it is generally known that the air flow is reduced when the surface of the fan blade is curved. The cooling capacity decreases as the air volume decreases. In addition, this cooling fan has a fan guide attached to the end of the fan blade in the axial direction. However, if this fan guide is prepared separately from the fan blade and attached to the fan guide, the number of parts and assembly This is accompanied by an increase in the number of processes. Although the fan blade and fan guide can be integrally molded with synthetic resin, in this case, it is necessary to attach this integrally molded product to a separately prepared mounting board. Can not be manufactured as. In particular, considering the case of mass production of cooling fans, it would be advantageous if it could be manufactured by punching and bending a plate material such as an iron plate into a predetermined shape with a press machine, but the cooling fan having the above-described fan blade and fan guide has a complicated shape. Therefore, it cannot be easily made by processing a single plate material.
[0007]
The present invention was created in view of the above points, and an object of the present invention is to provide an automotive alternator including a cooling fan that can reduce noise during rotation.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
Cooling fan of the rotor of an automotive alternator of the present invention, only the outer portion is a tip of the fan blade is partially inclined or curved in the rotational direction rearwardly relative to the fan blades, inclined or curved The outer edge portion is formed by bending the fan blade. For this reason, wind noise generated at the tip of the cooling fan when it is rotated, or when the cooling fan is built in the housing, cooling air discharged from the vicinity of the tip collides with the stator coil. Thus, the interference sound generated can be reduced. Further, by inclining only the tip of the fan blade rearward in the rotational direction, the noise level of the fan sound can be greatly reduced without substantially reducing the air volume as compared with the conventional flat blade alternator. The outer edge of the fan blade includes the outer side, inner side, and axial side in the centrifugal direction. Among these, the outer tip portion in the centrifugal direction is the portion with the highest linear velocity during rotation. If the wind noise and interference sound generated in the above can be reduced, it can greatly contribute to the reduction of noise generated when the cooling fan is rotated.
[0009]
In particular, when the above-described cooling fan is formed of a metal plate, it is possible to form the cooling fan including the above-described inclined shape or curved shape by simply bending the fan blade and its outer edge portion, and it is easy to manufacture and mass production. Are suitable. In addition, the cooling fan using the metal plate is configured by a fan substrate that is perpendicular to the rotation axis and a fan blade that extends from the fan substrate in the rotation axis direction. When the tip portion is protruded, it is easier to bend the protruding tip portion, and the manufacturing becomes easier.
[0010]
In addition, the above-described fan blade is preferably formed by a substantially planar main surface and an outer edge surface whose tip is inclined or curved. In general, a fan blade that is formed in a flat shape rather than a curved shape can secure a larger air volume, so that the main surface of the fan blade described above is formed in a flat shape, and only the outer edge surface is inclined or curved. If so, it is possible to reduce the fan sound while maintaining the air volume almost without reducing it. Specifically, the tilt direction when tilting the entire outer edge surface, or the tangential direction of the tip portion when curving is set in a range up to the tangential direction of the outer peripheral surface of the rotor, and within this range By setting, the discharge pressure of the cooling air at the tip of the fan blade can be suppressed, and the effect of reducing fan noise is produced.
[0011]
Further, by applying the present invention to the fan blade constituting a so-called centrifugal fan, a high fan noise reduction effect can be obtained.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
An automotive alternator to which the present invention is applied (hereinafter, referred to as an “alternator”) is configured such that a centrifugal distal end portion of a cooling fan attached and fixed to an axial end surface of a rotor as a rotor is partially rearward in the rotational direction. It is characterized by reducing fan noise during rotation by inclining or curving. Hereinafter, an alternator according to an embodiment to which the present invention is applied will be described in detail with reference to the drawings.
[0013]
FIG. 1 is a diagram showing the overall configuration of the alternator of this embodiment. An alternator 1 shown in FIG. 1 rectifies a rotor 2 as a rotor, a stator 3 as a stator, a brush device 4 that supplies a field current to the rotor 2, and a three-phase AC voltage output from the stator 3. A rectifier 5 as a rectifier, an IC regulator 6 as a voltage controller for controlling the output voltage of the rectifier 5 to be substantially constant, a front housing 7 and a rear housing as housings for housing the rotor 2 and the stator 3 8, a pulley 9 fixed to one end of the rotor 2, a brush device 4 attached to the rear housing 8, a rectifier 5, and a rear cover 10 that covers the IC regulator 6 from the outside.
[0014]
In the rotor 2, a field coil 21 in which an insulated copper wire is wound cylindrically and concentrically is sandwiched from both sides through a shaft 24 that is a rotating shaft by pole cores 22 and 23 each having six claws. It has a structure. Further, slip rings 27 and 28 electrically connected to both ends of the field coil 21 are formed on the rear side of the shaft 24, and the brushes 34 and 36 in the brush device 4 are respectively connected to the slip rings 27 and 28. By assembling in the pressed state, an exciting current flows from the IC regulator 6 to the field coil 21.
[0015]
A centrifugal cooling fan 25 is attached and fixed to the end surface of the pole core 22 on the front side (the side on which the pulley 9 is attached) by welding or the like in order to discharge the cooling air sucked from the front side in the radial direction of the rotor 2. ing. Similarly, a centrifugal cooling fan 26 is attached and fixed to the end face of the pole core 23 on the rear side by welding or the like in order to discharge the cooling air sucked from the rear side in the radial direction of the rotor 2. The detailed shape of these cooling fans 25 and 26 will be described later.
[0016]
The stator 3 includes a stator core 31 in which a plurality of (for example, 36) slots are formed, and a three-phase stator coil 32 wound around the slots at a predetermined interval. The stator coil 32 generates heat due to an output current that flows during power generation and becomes high temperature. However, the stator coil 32 is cooled by cooling air discharged in the centrifugal direction by rotation of the two cooling fans 25 and 26 fixed to the rotor 2, It is cooled below a predetermined heat resistance temperature determined by, for example.
[0017]
The rectifier 5 is for rectifying the three-phase alternating current, which is the output voltage of the three-phase stator coil 32, to obtain a direct current output. Each of the rectifiers 5 has a positive-side heat radiation plate 52 to which a plurality of rectifying elements are soldered. And a negative-side heat radiating plate 53. The rectifying elements soldered to the positive-side heat radiating plate 52 and the negative-side heat radiating plate 53 generate heat due to the current from the stator coil 32 that flows during power generation, but the rotation of the cooling fan 26 attached to the rear side of the rotor 2 The cooling air is indirectly cooled by the cooling air sucked through the rear cover 10 via the heat radiating plates 52 and 53.
[0018]
The IC regulator 6 controls the excitation current that flows through the field coil 21 of the rotor 2. When the electrical load of the alternator 1 is light and the output voltage becomes high, the voltage application to the field coil 21 is interrupted. Thus, the output voltage of the alternator is kept constant. In this way, the IC regulator 6 energizes the field coil 21 during power generation, and a switching transistor (not shown) that controls this generates heat. However, as in the case of the rectifier 5 described above, The cooling fan 26 attached to the rear side is cooled by the cooling air sucked through the rear cover 10 by the rotation of the cooling fan 26.
[0019]
In the alternator 1 having the above-described configuration, when the rotation from an engine (not shown) is transmitted to the pulley 9 via a belt or the like, the rotor 2 rotates in a predetermined direction. At this time, by applying an initial excitation voltage to the field coil 21 from the outside, the claw portions of the pole cores 22 and 23 of the rotor 2 are excited, and a three-phase AC voltage can be generated in the stator coil 32. A predetermined output current is taken out from the output terminal of the fire 5. Thereafter, since the output voltage of the alternator 1 itself is applied to the field coil 21 via the IC regulator 6, the excitation current applied from the outside becomes unnecessary.
[0020]
Further, the cooling fan 25 attached to the end face of one of the pole cores 22 rotates with the rotation of the rotor 2 described above, so that the cooling air enters the alternator 1 through the suction window near the pulley 9 of the front housing 7. The cooling air is sucked and discharged in the radial direction of the rotor 2, and the front half of the stator coil 32 is cooled. Similarly, as the rotor 2 rotates, the cooling fan 26 attached to the end face of the other pole core 23 rotates, so that the cooling air sucked through the suction window of the rear cover 10 is changed to the rectifier 5 or the like as described above. After the IC regulator 6 or the brush device 4 is cooled, it is guided to the vicinity of the cooling fan 26, and this cooling air is discharged in the radial direction of the rotor 2 so that the rear half of the stator coil 32 is cooled. In FIG. 1, the flow of the cooling air discharged after being sucked by the front side cooling fan 25 is indicated by arrows A and B, and is sucked by the rear side cooling fan 26 and then discharged. The flow of the cooling air is indicated by arrows C and D.
[0021]
FIG. 2 is a view showing a detailed shape of the cooling fan 26 attached and fixed to the pole core 23 on the rear side of the rotor 1. The cooling fan 25 attached to and fixed to the pole core 22 on the front side of the rotor 1 has basically the same shape, and therefore the rear side cooling fan 26 will be described in detail below.
[0022]
As shown in the figure, the cooling fan 26 includes a fan substrate 40 formed in a direction perpendicular to the rotation axis of the rotor 2, that is, parallel to the end surface in the rotation axis direction of the pole core 23, and the fan substrate 40 in the rotation axis direction. A plurality of extended fan blades 42 are included. The number of fan blades 42 is such that the peak position of each order component of the fan sound generated during rotation does not coincide with the peak position of each order component of various magnetic sounds generated by the vibration of each part of the rotor 2 and the stator 3. It is preferable to set. For example, since the number of pawl portions of the pole cores 22 and 23 and the number of slots of the stator core 31 are both multiples of 3, the number of fan blades 42 in this embodiment is set to 11 which is a number other than multiples of 3. Has been.
[0023]
In addition, six welding portions 44 are formed on the fan substrate 40, and the cooling fan 26 is attached and fixed to the end surface in the axial direction of the pole core 23 by, for example, resistance welding each welding portion 44 to the pole core 23. In addition, about the method of attaching and fixing the cooling fan 26 to the axial direction end surface of the pole core 23, you may make it use other joining methods other than resistance welding, such as resistance welding, and screwing.
[0024]
FIG. 3 is a diagram showing the detailed shape of the fan blade 42 by partially enlarging the cooling fan 26 shown in FIG. FIG. 4 is an enlarged view of the fan blade 42 shown in FIG. 3 as viewed from the I direction. As shown in FIGS. 3 and 4, the fan blade 42 has a main surface 42A having a planar shape, and an outer edge surface 42B bent to form a predetermined angle θ1 with the main surface 42A. The distal end of the main surface 42A in the shape of the shape in the centrifugal direction is partially inclined backward in the rotational direction. As shown in FIG. 3, when the angle between the main surface 42A and the tangential direction of the outer circumferential circle 46 of the rotor 2 is θ2, the inclination angle θ1 of the outer edge surface 42B described above is set in the range of 0 to θ2.
[0025]
The cooling fan 26 having the detailed shape described above is formed by, for example, bending an iron plate using a press machine. Further, the outer edge surface 42B is formed by bending the fan blade 42 perpendicularly to the fan substrate 40 and then bending the tip portion thereof by the predetermined inclination angle θ1. In particular, as shown in FIG. 3, since the outer edge surface 42B of the fan blade 42 protrudes further outside the outermost periphery 48 of the fan substrate 40, this outer edge surface is used when the cooling fan 26 is formed using an iron plate. 42B can be easily bent.
[0026]
FIG. 5 is a diagram illustrating a state of cooling air discharged from the cooling fan 26 when the rotor 2 using the cooling fan 26 having the outer edge surface 42B described above is rotated in a predetermined direction. FIG. 6 is a diagram showing a state of cooling air discharged from the cooling fan when the conventional rotor is rotated.
[0027]
5 and 6, an arrow E indicates the cooling air discharge direction when focusing on one fan blade, and a region F indicates the discharge range. As described above, since the outer edge surface 42B of the tip portion of the fan blade 42 is inclined rearward in the rotational direction with respect to the main surface 42A, the cooling air discharge range F discharged from the fan blade 42 as shown in FIG. Further, the discharge direction E of the cooling air in the vicinity of the inclined outer edge surface 42B, which is the tip portion, is dispersed and the discharge pressure is suppressed. In particular, when the rotor 2 rotates, the tip portion of the fan blade 42 has the highest linear velocity, and the tip portion is closest to the stator coil 32, so that the discharge pressure of the cooling air in the vicinity of the tip portion is suppressed. If this is possible, it is possible to greatly reduce the interference noise generated when the cooling air discharged from the vicinity of the tip portion collides with the stator coil 32 and the wind noise generated in the contour portion of the fan blade 42 in the centrifugal direction.
[0028]
Further, as can be seen from the comparison with the cooling fan attached to the conventional rotor shown in FIG. 6, the cooling fan 26 of the present embodiment has only the tip of the fan blade 42 partially inclined. Since the main surface 42A occupying most is formed in a planar shape, the air volume itself is almost the same as that of a conventional cooling fan, and the cooling capacity is not particularly reduced.
[0029]
FIG. 7 is a diagram showing the result of measuring the noise level of the fan sound of the alternator 1 of the present embodiment using the cooling fan 26 described above. The horizontal axis represents the rotation speed of the alternator 1, and the vertical axis represents the noise level ( One scale indicates 10 dB). The solid line G shown in the figure is the alternator 1 of the present embodiment, and the dotted line H is the conventional alternator using the rotor having the planar fan blade shown in FIG. 6 (hereinafter referred to as “planar blade alternator”). The alternate long and short dash line K corresponds to a conventional alternator using a rotor having a fan blade having a curved surface shape shown in FIG. 8 (hereinafter referred to as a “curved blade alternator”).
[0030]
As shown in FIG. 7, when looking at the overall characteristics indicating the noise level in the entire frequency band, the alternator 1 of the present embodiment has a noise level that is several dB lower in the entire region than the conventional flat blade alternator. Compared with the conventional curved blade alternator, the noise level is slightly lower except for a part of the rotational speed range.
[0031]
In addition, almost the same results are obtained with respect to the order envelope characteristics indicating the envelope of each order component, and the alternator 1 of this embodiment has a noise level of several dB over the entire area as compared with the alternator of the conventional flat blade. Compared with a conventional curved blade alternator, the noise level is reduced by several dB in most of the rotational speed ranges.
[0032]
FIG. 9 is a diagram showing the results of comparing the cooling air flow rates for the three types of alternators whose noise level measurement results are shown in FIG. As shown in FIG. 9, it can be said that the air volume of the alternator 1 of the present embodiment indicated by the solid line G is substantially the same as the air volume of the conventional flat blade alternator indicated by the dotted line H. On the other hand, it is expected that the air volume of the alternator of the conventional curved blade indicated by the alternate long and short dash line K is much lower than the air volume of the alternator 1 of the present embodiment, and the cooling capacity is also lowered.
[0033]
As described above, the alternator 1 according to the present embodiment is configured such that the tip of the fan blade 42 is inclined rearward in the rotation direction, so that the noise level of the fan sound is hardly reduced as compared with the conventional flat blade alternator. Can be greatly reduced.
[0034]
In addition, this invention is not limited to the said embodiment, A various deformation | transformation implementation is possible within the range of the summary of this invention. For example, in the above-described embodiment, as shown in FIG. 3, the tip of the fan blade 42 is partially inclined to form the outer edge surface 42B. However, as shown in FIG. The outer edge surface 42 </ b> C may be formed by being bent in a straight line. As described with reference to FIG. 2, when the angle formed between the main surface 42A and the tangential direction of the outer circumferential circle 46 of the rotor 2 is θ2, the tangential inclination angle of the front end portion of the outer edge surface 42C (this tangent and the main surface 42A). Θ3) is set in the range of 0 to θ2.
[0035]
Even when the outer edge surface 42C is formed by curving the tip portion in this way, the discharge range of the cooling air discharged from the fan blade 42 is widened, and the discharge in the vicinity of the curved outer edge surface 42C as the tip portion is performed. Since the pressure is suppressed, wind noise generated in the vicinity of the outer edge surface 42 </ b> C during rotation of the rotor 2 and interference sound generated when cooling air collides with the stator coil 32 can be reduced.
[0036]
In the above-described embodiment, the case where the tip of the centrifugal cooling fan in which the fan blade 42 is bent perpendicularly to the fan substrate 40 is partially inclined or curved has been described. However, as shown in FIG. The tip of an axial flow type cooling fan in which the fan blade is bent at an angle of less than 90 degrees with respect to the fan substrate may be partially inclined or curved. In the present embodiment, the main surface 42A is formed in a planar shape, but the tip of the fan blade having the conventional curved shape shown in FIG. 8 may be partially inclined or curved.
[0037]
Further, as shown in FIG. 1, in the above-described embodiment, the inner fan type alternator having a built-in cooling fan has been described. However, the present invention is also applied to an outer fan type alternator in which the cooling fan is attached to the outside of the housing. It may be applied, and the tip of the cooling fan may be partially inclined or curved backward in the rotational direction. In this case, since there is no stator coil on the outer peripheral side of the cooling fan, no interference noise is generated by the stator coil, but the fan noise can be reduced by effectively suppressing the generation of wind noise.
[0038]
In addition, the cooling fans 25 and 26 of the above-described embodiment are formed by bending an iron plate as an example. However, since the tip of the fan blade may be partially inclined or curved, a metal plate other than the iron plate may be used. May be formed using a metal material other than a plate material (for example, by casting or aluminum die casting), or may be formed using a resin material.
[0039]
In the embodiment described above, only the distal end of the fan blade 42 on the outer side in the centrifugal direction is partially inclined or curved to form the outer edge surface, but the outer edge portion of the fan blade 42 in the rotational axis direction is also partially inclined. Alternatively, the wind noise generated in this portion may be further reduced by curving.
[0040]
In addition, the outer edge of the fan blade may be used as the outer edge surface in addition to selecting the portion where the rotation speed is high and the wind noise is likely to be generated as the outer edge surface of the fan blade. Only the corners may be inclined or curved backward in the rotational direction.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing an overall configuration of an alternator of an embodiment.
FIG. 2 is a view showing a detailed shape of a cooling fan on the rear side.
FIG. 3 is a diagram showing a detailed shape of a fan blade by partially enlarging the cooling fan shown in FIG. 2;
4 is a view of the fan blade shown in FIG. 3 as viewed from the I direction. FIG.
5 is a diagram showing a state of cooling air discharged from the cooling fan when a rotor using the cooling fan shown in FIG. 2 is rotated. FIG.
FIG. 6 is a diagram showing a state of cooling air discharged from a cooling fan when a rotor using a cooling fan of a conventional planar fan blade is rotated.
FIG. 7 is a diagram showing the result of measuring the noise level of the fan sound of the alternator of this embodiment.
FIG. 8 is a view showing a detailed shape of a conventional cooling fan having curved fan blades.
FIG. 9 is a diagram showing the results of measuring the cooling air volume of the alternator of this embodiment.
FIG. 10 is a view showing a modification of the cooling fan of the present embodiment.
FIG. 11 is a diagram showing a modification of the cooling fan of the present embodiment.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Alternator 2 Rotor 3 Stator 22, 23 Pole core 25, 26 Cooling fan 40 Fan board 42 Fan blade 42A Main surface 42B, 42C Outer edge surface

Claims

In a vehicle alternator that generates cooling air by a cooling fan that rotates with a rotor,
Only the outer edge is the tip of the fan blades of the cooling fan, and partially tilted or curved in the rotational direction rearwardly relative to the fan blades,
The AC generator for vehicles , wherein the inclined or curved outer edge portion is formed by bending the fan blade .

In claim 1,
The vehicle AC generator is characterized in that the cooling fan is formed of a metal plate.

In claim 2,
The cooling fan includes a fan substrate that is perpendicular to the rotation axis, and the fan blade that extends from the substrate in the rotation axis direction.
An automotive alternator characterized in that a part of the fan blade that protrudes further outward than the outermost periphery of the substrate is inclined or curved.

In any one of Claims 1-3,
The fan blade has a substantially planar main surface and an outer edge surface inclined or curved with respect to the main surface.

In claim 4,
The inclination direction when the outer edge surface is inclined or the tangential direction of the tip portion when the outer edge surface is curved is a range from the outer peripheral surface of the rotor to the tangential direction of the intersecting portion extending the main surface. A vehicle alternator characterized by being set in

In any one of Claims 1-5,
An AC generator for vehicles, wherein the fan blade of the cooling fan constitutes a centrifugal fan that discharges at least a part of the cooling air sucked in the rotation axis direction in the centrifugal direction.