JP3944811B2 - 回転電機 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転電機の冷却に関する。
【０００２】
【従来の技術】
特開平７−７９５４３号公報は、所定の周方向幅を有する多数の通気窓が所定の周方向ピッチで周壁部に開口されたハウジング、軸方向に多数のスロットを有して周壁部の内周面に固定されるステータコア、及び、各スロットから軸方向に突出後、周方向へ湾曲するコイルエンドを有して各スロットに巻装されるステータコイルを備える回転電機を開示している。
【０００３】
このような従来の回転電機では、コイルエンドは、通気窓の径内側に位置して通気窓と軸方向に重なり、かつ、ステータコアのティースに隣接しつつ径方向に形成されて、空気流が径内側から径外側へ流れる多数の根元隙間部を有しており、以下、コイルエンド貫通冷却風吹き出し型回転電機と適宜称する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
近年におけるエンジンルームの狭小化、車両電気負荷の増大、回転電機の小型化などにより、回転電機の冷却性の向上は重要な課題となっている。
しかしながら、コイルエンドを遠心方向へ貫通しつつハウジングの周壁部に設けられた通気窓から外部に冷却風を吹き出す上述したコイルエンド貫通冷却風吹き出し型回転電機では、冷却風に対するコイルエンドによる流体損失が大きく、必要な冷却風量を得るための送風装置の必要スペース、消費動力が大きいという問題があった。
【０００５】
本発明は上記問題に鑑みなされたものであり、必要風量を確保しつつ送風装置の小型化及び消費動力の低減を実現した回転電機を提供することをその目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するためになされた請求項１記載の回転電機によれば、ハウジングの周壁部に形成された過半数以上の通気窓の径内側の入口部は、径方向に近接するコイルエンドの根元隙間部に対して一致する周方向中心位置を有する。
このようにすれば、この根元隙間部以外のコイルエンドの部分であり、コイルが束状に存在するコイル束部分に比べて、格段に小さい流体損失でこの根元隙間部を高速に径外方向へ通過した空気流（根元隙間部通過空気流）は、ハウジングの周壁部の内周面への衝突を極力回避してそれによる流体損失の低下を図りつつ、直接、上記通気窓から外部に流出することができるので、回転電機の内部冷却に必要な冷却風量を確保しつつ送風装置の小型化及び消費電力の低減を図ることができる。
【０００７】
ただし、空気流を上記根元隙間部を良好に通過させる本構成では、コイルエンドの冷却性が問題となるが、送風装置を不変と仮定すれば、根元隙間部と通気窓との周方向中心位置の一致による流体損失の低減は冷却風量の増加及び根元隙間部を通過する空気流の高速化を実現できるため、かえってコイルエンドの冷却性は向上する。
【０００８】
本発明では更に、すべての前記通気窓の周方向占有角度は、径内側に近接する前記根元隙間部の周方向占有角度より大きく形成され、各通気窓の周方向占有角度のうちで根元隙間部と周方向に重なる部分の合計は、各通気窓の周方向占有角度の合計の過半以上をなす。
このようにすれば、上記根元隙間部通過空気流の周辺部の随伴空気流も含めて良好に通気窓から排出することができる。
【００１０】
なお、上記にいう「一致」とは、上記両周方向中心位置間の周方向角度ずれ量が、両者のどちらかの周方向角度ピッチの３％未満となる範囲を指定するものと定義される。
【００１１】
請求項２記載の構成によれば請求項１記載の回転電機において更に、すべての通気窓の径内側の入口部は、径方向に近接する前記根元隙間部に対して一致する周方向中心位置を有するので、請求項２による上記作用効果を一層増大することができる。
【００１４】
請求項３記載の構成によれば請求項１記載の回転電機において更に、通気窓は、その径内側の入口部から径外側の出口部へ向けて、根元隙間部から径外側へ吹き出る空気流の旋回方向へ傾設されているので、通気窓内で空気流の無理な屈曲が生じることがなく、流体損失低減効果及び風量増大効果を一層向上することができる。
【００１５】
【発明を実施するための形態】
本発明の好適な態様を以下の実施例により説明する。
【００１６】
【実施例】
以下、図１を参照して本発明を適用した回転電機としての車両用交流発電機の実施例を説明する。
（構成）
この車両用交流発電機は、いわゆるオルタネータと呼ばれるランデルコア式の通常の車両用三相交流発電機であり、１はハウジング、２はステータコア、３は三相ステータコイル、４はロータコア、５は界磁コイル、７は回転軸、８は一対のスップリング、９はブラシ、１０は整流器、１１はレギュレータ、１２ａはフロント側の遠心冷却ファン（送風装置）、１２ｂはリヤ側の遠心冷却ファン（送風装置）、１３はプーリ、３０ａは三相ステータコイル３のフロント側のコイルエンド、３０ｂは三相ステータコイル３のリヤ側のコイルエンドである。
【００１７】
ハウジング１の周壁部１ａには、フロント側のコイルエンド３０ａに面してフロント側の通気窓１ｂが周方向へ所定ピッチで多数開口されており、同様に、リヤ側のコイルエンド３０ｂに面してリヤ側の通気窓１ｃが周方向へ所定ピッチで多数開口されている。
上述の車両用交流発電機の構成及び作動自体は周知であるので、これ以上の説明は省略する。
【００１８】
この車両用交流発電機における冷却用の空気流の流れを以下に説明する。
フロント側の遠心冷却ファン１２ａによりハウジング１の前端壁部の吸気口１ｄから吸入された空気流の一部はフロント側のコイルエンド３０ａを通過後、フロント側の通気窓１ｂから外部に排出され、残部は軸方向へ送風された後、リヤ側のコイルエンド３０ｂを通過してからリヤ側の通気窓１ｃから外部に排出される。
【００１９】
リヤ側の遠心冷却ファン１２ｂによりハウジング１の後端壁部の吸気口１ｅから吸入された空気流はリヤ側のコイルエンド３０ｂを通過してからリヤ側の通気窓１ｃから外部に排出される。
この車両用交流発電機のフロント側から視た正面図を図２に示し、図１におけるフロント側の通気窓１ｂの部分の拡大側面図を図３に示す。なお、リヤ側の通気窓１ｃの構造、配置は本質的にフロント側の通気窓１ｂと同じであるので説明は省略する。
【００２０】
フロント側の通気窓１ｂは、それぞれ軸方向に細長く形成されており、周方向に隣接する通気窓１ｂ、１ｂの間にはそれらを隔てる隔壁としてのリブ１ｆが形成されている。先述したように通気窓１ｂはコイルエンド３０ａの径外側に形成され（軸方向において重なり）、通気窓１ｃはコイルエンド３０ｂの径外側に形成され（軸方向において重なり）、コイルエンド３０ａ、３０ｂを略径方向に通過した空気流がこれら通気窓１ｂ、１ｃに速やかに流入するようになっている。なお、図１に示すようにハウジング１は一端開口筒状のフロントフレームと、この開口を閉鎖するようにフロントフレームに嵌合するリヤフレームとをボルト１４で締結してなるので、このボルト１４が挿入される部位において、通気窓１ｂ、１ｃは省略されている。
【００２１】
３０ｃは、コイルエンド３０ａの根元部分に生じる根元隙間部である。根元隙間部３０ｃは、ステータコア２の周方向へ隣接する一対のスロットから突出するコイルエンド３０ａの各コイル導体とステータコア２の前端面とに囲まれてコイルエンド３０ａを径方向に貫通している。すなわち、この根元隙間部３０ｃはステータコア２のティースの存在及びコイルエンド３０ａのコイル導体はスロットから出た直後にただちに直角に湾曲されないという物理的事情によりコイルエンド３０ａの巻装工程により必然的に各ティースと同じ周方向位置に形成されるものである。
【００２２】
次に、この実施例の車両用交流発電機の要部をなす通気窓１ｂ、１ｃと、コイルエンド１２ａ、１２ｂとの周方向位置関係について図４を参照して以下に説明する。
図４において、ステータコア２には、スロット２ａが周方向へ角度ピッチθで設けられており、ステータコイルのコイルエンド３０ａを構成するコイル導体はスロット２ａから軸方向へ突出した後、緩やかに周方向へ湾曲し、これにより、ステータコア２のスロット２ｂやティース２ｃと同じピッチ、かつ、ティース２ｃと同一周方向中心位置にて、ティース２ｃに隣接して根元隙間部３０ｃが形成されることになる（図３参照）。
【００２３】
この実施例の特徴は、通気窓１ｂの周方向ピッチを根元隙間部３０ｃの周方向ピッチと等しくし、かつ、両者の周方向中心位置を一致させた点にある。
なお、これら両者の周方向中心位置を一致させるにはステータコイル３が巻装されたステータコア２をハウジング１の上記フロントフレームに圧入する時、両者の周方向位置関係を規定するキー溝（図示せず）の位置を、これら両者の周方向中心位置が一致するように設ければよい。なお、１ｇは通気窓１ｂの入口部、１ｈは通気窓１ｂの出口部である。
【００２４】
このようにすれば、この根元隙間部３０ｃを高速に径外方向へ通過した空気流（根元隙間部通過空気流）は、ハウジング１の周壁部の内周面への衝突を極力回避してそれによる流体損失の低下を図りつつ、直接、通気窓１ｂから外部に流出することができるので、車両用交流発電機の内部冷却に必要な冷却風量を確保しつつ送風装置の小型化及び消費電力の低減を図ることができる。
【００２５】
【実施例２】
本発明の回転電機の他の実施例を図５を参照して説明する。この実施例では、通気窓１ｂをこの通気窓１ｂに流入しようとする空気流の旋回方向へ傾斜させたものである。この場合でも、通気窓１ｂの入口部１ｇの周方向中心位置は根元隙間部３０ｃの周方向中心位置と一致される。
（変形態様）
なお、上記実施例では、通気窓１ｂの周方向ピッチ及び周方向中心位置の両方を根元隙間部３０ｃのそれらと一致させたが、双方の周方向ピッチを一致させ、双方の周方向中心位置を略一致させてもよい。
【００２６】
また、根元隙間部３０ｃの周方向ピッチを通気窓１ｂの周方向ピッチの整数倍としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の回転電機の一実施例としての車両用交流発電機を示す縦断面図である。
【図２】図１に示す車両用交流発電機のフロント側から視た正面図である。
【図３】図１におけるフロント側の通気窓１ｂの部分の拡大側面図である。
【図４】図１に示す車両用交流発電機の通気窓１ｂ、１ｃと、コイルエンド１２ａ、１２ｂとの周方向位置関係を示す一部破断正面図である。
【図５】本発明の回転電機の他の実施例における通気窓１ｂ、１ｃと、コイルエンド１２ａ、１２ｂとの周方向位置関係を示す一部破断正面図である。
【符号の説明】
１はハウジング、１ｂが通気窓、２はステータコア、２ａはスロット、３はステータコイル、１２ａは遠心ファン（送風装置）、３０ａはコイルエンド、３０ｃは根元隙間部

Claims (3)

1. 所定の周方向幅を有する多数の通気窓が所定の周方向ピッチで周壁部に開口されたハウジング、軸方向に多数のスロットを有して前記周壁部の内周面に固定されるステータコア、各前記スロットから軸方向に突出後、周方向へ湾曲するコイルエンドを有して前記各スロットに巻装されるステータコイル、及び、前記コイルエンドを通過して前記通気窓へ冷却用の空気流を流す送風装置を備え、前記コイルエンドは、前記通気窓の径内側に位置して前記通気窓と軸方向に重なり、かつ、前記ステータコアのティースに隣接しつつ径方向に形成されて、前記空気流が径内側から径外側へ流れる多数の根元隙間部を有する回転電機において、
   すべての前記通気窓の周方向占有角度は、径内側に近接する前記根元隙間部の周方向占有角度より大きく形成され、
   各前記通気窓の周方向占有角度のうちで前記根元隙間部と周方向に重なる部分の合計は、各前記通気窓の周方向占有角度の合計の過半以上をなし、
   過半数以上の前記通気窓の径内側の入口部は、径方向に近接する前記根元隙間部に対して一致する周方向中心位置を有することを特徴とする回転電機。
2. 請求項１記載の回転電機において、
   すべての前記通気窓の径内側の入口部は、径方向に近接する前記根元隙間部に対して一致する周方向中心位置を有することを特徴とする回転電機。
3. 請求項１記載の回転電機において、
   前記通気窓は、その径内側の入口部から径外側の出口部へ向けて、前記根元隙間部から径外側へ吹き出る空気流の旋回方向へ傾設されていることを特徴とする回転電機。

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