JP3758565B2

JP3758565B2 - 車両用回転電機

Info

Publication number: JP3758565B2
Application number: JP2001381864A
Authority: JP
Inventors: 博士石田
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2000-12-14
Filing date: 2001-12-14
Publication date: 2006-03-22
Anticipated expiration: 2021-12-14
Also published as: JP2002247806A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、乗用車やトラック等に搭載され、特に冷却媒体を内部に循環させることによって発熱部の冷却を行う車両用回転電機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、エンジン騒音の静粛化に伴い補機類の磁気的騒音がクローズアップされている。補機類の磁気的騒音の低減手法として、特開昭５９−２０９０５３号公報には、車両用交流発電機の固定子鉄心とハウジングとの間にゴム材等の軟質な制振部材を介在させて、固定子鉄心の振動を減衰してハウジングに伝えないようにして共振音を抑制する技術が開示されている。
【０００３】
一方、車両のスラントノーズ化および車室内居住空間の確保によってエンジンルームの狭小化が進んでおり、エンジンルーム内に搭載される補機類の使用温度条件もますます厳しくなってきている。補機類の温度条件を改善する手法として、特公平５−１６２６１号公報には、車両用交流発電機のハウジングに設けた冷却液通路にエンジン冷却水を流して、電機子コイルや整流装置等の電気部品の冷却を行う技術が開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した特開昭５９−２０９０５３号公報に開示された車両用交流発電機では、固定子鉄心と制振部材は熱的にも接触しているため、固定子鉄心の渦電流損失による自己発熱および固定子コイルのジュール熱によって制振部材が高温になる。このため、制振部材の機械的性質の悪化に伴って減衰作用が低下する問題や、固定子鉄心の保持力が減少して回転子の磁気力に固定子鉄心が牽引されて回動してしまうという問題があった。この問題を回避するためには、高温状態でも機械的性質が悪化しない耐熱性材料を採用することが考えられるが、コストアップにつながるため、最近のコストダウンの要請を考慮すると採用は難しい。
【０００５】
また、上述した特公平５−１６２６１号公報に開示された車両用交流発電機では、電機子コイルや整流装置等の電気部品の冷却性は向上するが、磁気的騒音に関しては何ら対策が講じられていないため、近年のエンジン騒音の静粛化に対して、車両用交流発電機の磁気的騒音が問題となる可能性が高い。また、車両用交流発電機の外形寸法および軸方向寸法を維持するために、ハウジングの肉厚を薄くして冷却水流路を形成する場合には、通常の空冷式の車両用交流発電機に比べてハウジングの剛性が低下して磁気的騒音が悪化することが考えられる。
【０００６】
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、制振部材の温度上昇を抑えるとともに、磁気的騒音を低減することができる車両用回転電機を提供することにある。
【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、本発明の車両用回転電機は、固定子鉄心とこの固定子鉄心に巻装される電機子コイルとを有する固定子と、固定子に対向配置される界磁鉄心と界磁コイルとを有する回転子と、固定子及び回転子を支持するハウジングと、固定子鉄心とハウジングとの間に介在する制振部材とを備え、制振部材と固定子鉄心との間に、冷却媒体を流通させる第１の冷却媒体通路が形成されている。制振部材と固定子鉄心との間に第１の冷却媒体通路が形成されているため、固定子鉄心を冷却すると共に制振部材の昇温を抑えることができ、制振部材の機械的性質の悪化を抑制して、減衰作用の低下抑制及び固定子の回動を防止することができる。また、制振部材を固定子鉄心とハウジングの間に配置しているため、固定子の振動を抑えることができ、磁気的騒音の低減が可能になる。また、制振部材と固定子鉄心との間に配置された第１の冷却媒体通路以外に冷却媒体通路が存在する場合に、これらの冷却媒体通路は互いに連結されていてもよいし、独立していてもよい。この場合には、冷却媒体を第１の冷却媒体通路に優先的に流通させることが望ましい。第１の冷却媒体通路を流れる冷却媒体が、第２の冷却媒体通路を流れる冷却媒体の昇温の影響を受けないため、制振部材の冷却を効率よく行うことができる。
【０００８】
また、上述した制振部材には第１の冷却媒体通路となる中空部が形成されていることが望ましい。制振部材を内部から直接的に冷却することができるため、より効果的に制振部材の昇温を抑えることができる。
また、上述した制振部材は、少なくとも一方に第１の冷却媒体通路となる凹部が形成された２つの板状制振体を貼り合わせて構成することができる。第１の冷却媒体通路の形状自由度が増し、制振部材の冷却を効率よく行うことができる。また、第１の冷却媒体通路を制振部材より硬質な２つの板状体を貼り合わせて、制振部材にインサートする構成が望ましい。固定子組み付け時における第１の冷却媒体通路の変形を防止することができる。
【０００９】
また、熱伝導性樹脂が電機子コイルのコイルエンドとハウジングの間に備わっており、第２の冷却媒体通路を熱伝導性樹脂のコイルエンドと反対側に接触するように配設することが望ましい。これにより、電機子コイルのコイルエンドで発生した熱を効率よく第２の冷却媒体通路内の冷却媒体に伝達することができる。
【００１０】
また、上述したハウジングの外側の軸方向端面に取り付けられた整流装置をさらに備えるとともに、第２の冷却媒体通路をハウジングを挟んで整流装置の軸方向反対側に配設することが望ましい。これにより、整流装置で発生した熱をハウジングを通して効率よく第２の冷却媒体通路内の冷却媒体に伝達することができる。
【００１１】
また、上述したハウジングの外側の軸方向端面に取り付けられた電圧調整器をさらに備えるとともに、第２の冷却媒体通路をハウジングを挟んで電圧調整器の軸方向反対側に配設することが望ましい。これにより、電圧調整器で発生した熱をハウジングを通して効率よく第２の冷却媒体通路内の冷却媒体に伝達することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を適用した第一実施形態の車両用交流発電機について、図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、第一実施形態の車両用交流発電機の全体構成を示す断面図である。また、図２は本実施形態の車両用交流発電機の部分的な拡大断面図である。
【００１３】
本実施形態の車両用交流発電機は、フロント側ハウジング１、リヤ側ハウジング２、制振部材５、固定子６、回転子１０、整流装置１３、電圧調整器１４、ブラシ装置１５、リヤカバー１６を含んで構成されている。
フロント側ハウジング１およびリヤ側ハウジング２は、アルミダイカスト製でともに椀状に形成されており、これらの開口部同士を直接当接させた状態で複数本のボルト（図示せず）により締め付けることにより相互に固定されている。
【００１４】
フロント側ハウジング１の軸方向側部内周面には、制振部材５と冷却媒体通路４１を挟んで固定子６が内包された状態で固定されている。この制振部材５は、円環状の軟質樹脂材料によって形成されており、フロント側ハウジング１内周面と冷却媒体通路４１の外周面との間に、所定の締め代を設けて組み付けられている。
【００１５】
固定子６は、固定子コア（固定子鉄心）６１と、固定子コア６１に形成された複数のスロット内に備わった電機子コイル６２とを含んで構成されている。固定子コア６１の軸方向両端面からは電機子コイル６２が突出してコイルエンドを形成しており、この突出した電機子コイル６２とフロント側ハウジング１の内壁面との間およびリヤ側ハウジング２の内壁面との間には、フィラーを混入した高熱伝導樹脂（熱伝導性樹脂）７が充填されている。
【００１６】
回転子１０は、界磁コイル１０１、ポールコア（界磁鉄心）１０２、１０３、シャフト１０５を含んで構成されている。界磁コイル１０１をポールコア１０２、１０３で挟み込んだ状態でシャフト１０５を圧入することにより回転子１０が形成される。シャフト１０５のリヤ側端部近傍には一対のスリップリング１０６、１０７が形成されており、界磁コイル１０１の両端にそれぞれが電気的に接続されている。
【００１７】
上述したフロント側ハウジング１には、円筒状のベアリングボックス８が一体に形成されている。また、リヤ側ハウジング２には、鉄製のベアリングボックス９が図示しないボルトによって取り付けられている。ベアリングボックス８、９のそれぞれには一対のベアリング１１、１２が収容されており、これらのベアリング１１、１２によって回転子１０が回転自在に保持される。
【００１８】
また、制振部材５と固定子コア６１との間に設けられた上述した冷却媒体通路４１の他に、フロント側ハウジング１には冷却媒体通路４２が、リヤ側ハウジング２には冷却媒体通路４３、４４が形成されている。冷却媒体通路４２は、フロント側ハウジング１の軸方向壁部であって、高熱伝導樹脂７が接する部分に形成されている。冷却媒体通路４３は、リヤ側ハウジング２の軸方向壁部であって、高熱伝導樹脂７が接する部分に形成されている。また、冷却媒体通路４４は、リヤ側ハウジング２の軸方向垂直壁面に形成されている。
【００１９】
また、リヤ側ハウジング２の外側の軸方向端面には、整流装置１３、電圧調整器１４、ブラシ装置１５等の電気部品がボルト等を用いて固定されており、その外側が鋼板製のリヤカバー１６によって覆われている。
上述した構造を有する車両用交流発電機は、ベルト等を介してプーリ２０にエンジン（図示せず）からの回転力が伝えられると回転子１０が所定方向に回転する。この状態で回転子１０の界磁コイル１０１に励磁電圧を印加することにより、ポールコア１０２、１０３のそれぞれの爪部が励磁され、電機子コイル６２に三相交流電圧を発生させることができ、整流装置１３の出力端子からは所定の直流電力が取り出される。
【００２０】
このような発電状態において、電機子コイル６２や整流装置１３には出力電流が流れ、電圧調整器１４には励磁電流が流れるため、それぞれが発熱する。本実施形態の車両用交流発電機は、これらの発熱を伴う各部を冷却媒体通路４１、４２、４３、４４のそれぞれに冷却媒体を流通させることにより冷却している。冷却媒体通路４１等に流通させる冷却媒体として、例えばエンジン冷却水が用いられる。
【００２１】
冷却媒体通路４１には冷却媒体流入口４００と冷却媒体排出口（図示せず）が設けられており、冷却媒体流入口４００から取り入れられたエンジン冷却水は、冷却媒体通路４１内を流通した後、冷却媒体排出口から排出される。冷却媒体通路４１は、温度が上昇した固定子コア６１と制振部材５との間に配置されており、制振部材５への伝熱を抑制する効果を奏しており、しかも固定子コア６１の冷却性も向上させることができる。
【００２２】
また、他の冷却媒体通路４２等についても同様である。具体的には、冷却媒体通路４２内を流通するエンジン冷却水によって、高熱伝導樹脂７を介して配置された電機子コイル６２のフロント側コイルエンドを効率よく冷却することができる。冷却媒体通路４３内を流通するエンジン冷却水によって、高熱伝導樹脂７を介して配置された電機子コイル６２のリヤ側コイルエンドを効率よく冷却することができる。冷却媒体通路４４内を流通するエンジン冷却水によって、リヤ側ハウジング２を挟んで配置された整流装置１３や電圧調整器１４を効率よく冷却することができる。
【００２３】
このように、本実施形態の車両用交流発電機では、制振部材５をその内周に配置された冷却媒体通路４１に冷却媒体を流通させることにより効率よく冷却することができる。したがって、制振部材５が高温になって機械的性質が悪化することを抑制することができ、固定子６が回動することを防止することができる。また、制振部材５が柔軟性を維持することにより、制振作用を有効に機能させることができるため、固定子６の振動を抑制して磁気的騒音の発生を最小限に抑えることができる。
【００２４】
また、高熱伝導性樹脂７が電機子コイル６２のコイルエンドとハウジング１、２の間に備わっているため、電機子コイル６２のコイルエンドで発生した熱を効率よく冷却媒体通路４２、４３内の冷却媒体に伝達することができる。
また、冷却媒体通路４４をリヤ側ハウジング２を挟んで整流装置１３および電圧調整器１４の軸方向反対側に配設しているため、整流装置１３や電圧調整器１４で発生した熱をリヤ側ハウジング２を通して効率よく冷却媒体通路４４内の冷却媒体に伝達することができる。
【００２５】
さらに、本実施形態の車両用交流発電機では、冷却媒体通路４１、４２、４３、４４のそれぞれが別に配置されており、これらに別々に冷却媒体を流通させることが望ましい。このように、各冷却媒体通路に別々に冷却媒体を流通させることにより、温度の高い部位を冷却媒体が温度の低い部位の近傍に配置された冷却媒体通路に流通することを防止することができ、温度が異なる各部位を効率よく冷却することができる。
【００２６】
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において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、制振部材５とは別に冷却媒体通路４１を形成したが、中空の制振部材を用いてその中空部分を冷却媒体通路として用いるようにしてもよい。
【００２７】
図３は、第２の実施形態の車両用交流発電機の全体構成を示す断面図である。また、図４は図３に示した車両用交流発電機の部分的な拡大断面図である。これらの図に示した他の実施形態の車両用交流発電機は、図１および図２に示した車両用交流発電機に対して、制振部材５と冷却媒体通路４１をこれらの機能を併せ持った制振部材５１に置き換えた点が異なっている。以下、この制振部材５１およびその近傍の構造について説明する。また、制振部材５１以外の部品については同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００２８】
フロント側ハウジング１の軸方向側部内周面には、冷却媒体通路４５となる中空部が形成されているとともに制振部材５１を介在させて固定子６が固定されている。この制振部材５１は、中空円環状の軟質樹脂であり、フロント側ハウジング１および固定子６との間に所定の締め代を設けて組み付けられている。この中空部に冷却媒体を流通させることにより、制振部材５１を内部から直接冷却することができるため、効果的に制振部材５１の温度を下げることができる。
【００２９】
図５は、第３実施形態の車両用交流発電機の部分的な拡大断面図である。本実施形態は、図３及び図４に示した車両用交流発電機に対して制振部材５を改良した制振部材５２に置き換えた点が異なっている。以下、この制振部材５２の構造について説明する。また、制振部材５２以外の部品については同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００３０】
制振部材５２は、一方の面に冷却媒体通路４５となる凹部が形成される２つの板状制振体５２１、５２２を貼り合わせて構成されている。本実施形態では、双方に凹部を形成したが、一方のみに形成した場合も冷却媒体通路４５を構成できるのはいうまでもない。
【００３１】
この制振部材５２を固定子コア６１の外周に巻き付け、フロント側ハウジング１の内周面に所定の締め代を設けて組み付けられる。また、図６に示すように、冷却媒体通路４５を制振部材５３より硬質な板状体５３１、５３２で構成し、制振部材５３にインサートすることも考えられる。この場合、固定子６の組み付け時に、冷却媒体通路４５が変形することを防止することができ、冷却媒体を安定して流通させる効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態の車両用交流発電機の全体構成を示す断面図である。
【図２】図１に示した車両用交流発電機の部分的な拡大断面図である。
【図３】第２実施形態の車両用交流発電機の全体構成を示す断面図である。
【図４】図３に示した車両用交流発電機の部分的な拡大断面図である。
【図５】第３実施形態の車両用交流発電機の部分的な拡大断面図である。
【図６】第４実施形態の車両用交流発電機の部分的な拡大断面図である。
【符号の説明】
１フロント側ハウジング
２リヤ側ハウジング
５制振部材
６固定子
７高熱伝導樹脂
１０回転子
１３整流装置
１４電圧調整器
１５ブラシ装置
１６リヤカバー

Claims

固定子鉄心とこの固定子鉄心に巻装される電機子コイルとを有する固定子と、前記固定子に対向配置される界磁鉄心と界磁コイルとを有する回転子と、前記固定子及び前記回転子を支持するハウジングと、前記固定子鉄心と前記ハウジングとの間に介在する制振部材とを備える車両用回転電機において、
前記制振部材と前記固定子鉄心との間に、冷却媒体を流通させる第１の冷却媒体通路が形成されていることを特徴とする車両用回転電機。
請求項１において、
前記制振部材に前記第１の冷却媒体通路となる中空部が形成されていることを特徴とする車両用回転電機。
請求項１または２において、
前記第１の冷却媒体通路と別に形成された第２の冷却媒体通路を備え、
前記第１の冷却媒体通路に前記冷却媒体を前記第２の冷却媒体通路よりも優先して流通させることを特徴とする車両用回転電機。
請求項２または３において、
前記制振部材は、少なくとも一方に前記第１の冷却媒体通路となる凹部が形成された２つの板状制振体を貼り合わせて構成されていることを特徴とする車両用回転電機。
請求項２または３において、
前記制振部材は、少なくとも一方に前記第１の冷却媒体通路となる凹部が形成された２つの板状体を貼り合わせて、さらに前記制振部材にインサートして構成されていることを特徴とする車両用回転電機。
請求項３において、
熱伝導性樹脂が前記電機子コイルのコイルエンドとハウジングの間に備わっており、
前記第２の冷却媒体通路が前記熱伝導性樹脂の前記コイルエンドと反対側に接触するように配設されていることを特徴とする車両用回転電機。
請求項３において、
前記ハウジングの外側の軸方向端面に取り付けられた整流装置をさらに備え、
前記第２の冷却媒体通路が前記ハウジングを挟んで前記整流装置の軸方向反対側に配設されていることを特徴とする車両用回転電機。
請求項３において、
前記ハウジングの外側の軸方向端面に取り付けられた電圧調整器をさらに備え、
前記第２の冷却媒体通路が前記ハウジングを挟んで前記電圧調整器の軸方向反対側に配設されていることを特徴とする車両用回転電機。