JP3951466B2 - 車両用交流発電機 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両用交流発電機に関し、特に該発電機を構成するハウジングに開設された冷却窓を区画するリブ形状を改良したものである。
【０００２】
【従来の技術】
特開平７−０７９５４３号公報には発電機を構成するハウジングに開設された冷却窓構造に特徴を持つ車両用交流発電機が開示されている。この発電機は図１０に示すように、周方向に複数の冷却窓Ｗを有し、隣接する該冷却窓Ｗ間がリブ２となる筒状ハウジング１と、該ハウジング１内に固定された電機子コイル４と電機子鉄心３からなる固定子と、該ハウジング１に支承される回転軸５に保持されたランデル型界磁鉄心６と界磁コイル７からなる回転子と、該界磁鉄心６の端面側に位置して回転軸５に固定され、前記冷却窓Ｗに向けて該ハウジング１の内側から外側に送風する送風ファン８、９とを持つ車両交流発電機である。
【０００３】
この発電機は、図１１に示すように、リブ２の求心方向に対する傾斜角θ（θ１、θ２…）が、サポート部１０の回転方向前端ａ近傍にて大きく設定され、該サポート部１０の回転方向後端ｂ近傍にて小さくされている。そして、冷却窓Ｗの周方向幅Ｈ（Ｈ１、Ｈ２…）はサポート部１０近傍で狭小に、サポート部１０間の離れた位置にて幅広に設定されている。さらに、冷却窓Ｗの求心方向の長さは、サポート部１０近傍よりサポート部中間領域にかけて徐々に形成するようにしている。すなわち、冷却風がハウジング１から突出するにあたって、サポート部１０の流路抵抗がより小さくなるようになされたものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図１２に示すように、従来の発電機におけるリブ２の断面は、型抜き等のため、流路抵抗の大きな端部に角のある長方形等の形状となっていた。故に、冷却風が騒音騒音の原因となる渦流や乱流となりやすく、冷却風量向上の妨げとなっていた。
【０００５】
又、近年、排気ガス規制の強化及び高出力化に関連した部品点数増加と、エンジンルームのコンパクト化とにより発電機の小型化が要求されている。発電機の小型化はその冷却効果上好ましいものではなく、冷却効果があがらなければ発電能力も落ちてしまう。又、上記したようにエンジンルーム内の余剰スペースが少ない事で、その雰囲気温度も上昇しており、発電機の冷却上不利となっている。加えて電気補機類の増加による消費電力も増大している。この為、更なる冷却性能向上とそれに伴う発電能力向上が強く望まれているものである。
【０００６】
本発明は、このような実状に鑑みてなされたものであり、更なる冷却効果の向上による発電能力向上と、騒音低減を実現する車両用交流発電機を提供するものである。
【０００７】
【課題を解決する為の手段】
本発明者は、車両用交流発電機の冷却用送風ファンから送出される冷却風が、筒状のハウジングの端部に位置した冷却窓を区画するリブを通過するに際し、最大の妨げとなっていて、通過の際の騒音発生と冷却効果に悪影響を及ぼすという点に着目し、該リブを流体抵抗の少ない形状にすることに思い至った。
【０００８】
すなわち、本発明の車両用交流発電機は周方向に複数の冷却窓を有し、隣接する該冷却窓間がリブとなる筒状ハウジングと、該ハウジング内に固定された固定子と、該ハウジングに回転自在に保持された回転子と、該回転子の端面に固定され、前記冷却窓に向けて該ハウジングの内側から外側に送風する送風ファンとを持ち、
前記冷却窓を区画する前記リブの側面は、該リブの内側から外側までの厚さ方向の中央部が凸となる凸面となっている事を特徴とする。
【０００９】
本発明の車両用交流発電機において、前記リブの側面の前記凸面は凸曲面であることが好ましい。
本発明の車両用交流発電機において、前記リブの断面は、円形、楕円形、流線形であることが好ましい。
本発明の車両用交流発電機において、前記ハウジングは、その一端部がその端に近づくにつれ外周径が小さくなるドーム状であり、前記リブはドーム状の該一端部に位置していることができる。
【００１０】
本発明の車両用交流発電機において、前記ハウジングはその外周面を区画する外周型と内周面を区画する内周型とをもつ型で型抜き成形されたものであり、外周型と内周型の型割り線は前記凸面の頂上をつなぐ線となっていることが好ましい。
【００１１】
【作用効果】
本発明の車両用交流発電機において、ハウジングに開設された冷却窓をその内側から外側に流れる吐出風がリブの側面に沿って流れる。本発明のリブは、その流れに沿った側面の中央部が凸面となっていることにより、リブ先頭部での流体抵抗が小さく、かつ、中央部より後方では、リブ側面後方表面の圧力が小さくなり、吐出風の流れが速くなって、冷却効率を高めることができる。また、吐出風の流れが円滑となることにより、騒音低減を図ることができる。
【００１２】
前記リブの側面を凸曲面とすることにより、より吐出風の流れが円滑になる。
前記リブの断面を、円形、楕円形、流線形とすることにより、同様に吐出風の流れが円滑になる。
前記ハウジングは、その一端部がその端に近づくにつれ外周径が小さくなるドーム状であり、前記リブはドーム状の該一端部に位置することにより、ハウジング内の空気を吐出しやすい。
【００１３】
前記ハウジングはその外周面を区画する外周型と内周面を区画する内周型とをもつ型で型抜き成形されたものであり、外周型と内周型の型割り線を前記凸面の頂上をつなぐ線とすることにより、側面の中央部が凸面となったリブをもつ場合でも、筒状のハウジングの外周型と内周型の二つ割りの型で軸方向に型抜きして、中央部に凸面をもつリブを容易に形成することができる。
【００１４】
すなわち、ハウジングは、型成形により製造されるが、本発明の冷却窓のように、側面の中央部に凸面をもつリブを形成するには、型抜きに配慮すると、リブ断面形状が制約されていた。特に、円筒状のハウジングは、軸方向の型抜きが必要となるため、冷却窓を区画するリブの断面形状は、軸方向への型抜きに対応した形状、すなわち、従来のように、断面方形状にならざるを得なかった。
【００１５】
このため、吐出風の流れに対して騒音などの原因となる渦流を生じ易く、騒音、風量低下などの原因となっていた。
そこで、本発明の渦流を低減し、騒音、風量低下を防止した形状のリブを、筒状のハウジングを成形する内周型と外周型で形成する場合、外周型と内周型の型割り線を凸面の頂上をつなぐ線に一致させることにより、内周型と外周型を軸方向に抜くだけで型抜きができ、製造も容易となった。
【００１６】
なお、冷却窓を区画する前記リブの側面は両面存在し、該リブの内側から外側までの厚さ方向の中央部が凸となる凸面となっている面は、製造上の制約などにより片面だけとなっても良い。
【００１７】
【実施例】
（第１実施例）
本発明の車両用交流発電機は、図１に示すように、発電機を構成する筒状のハウジング１１の端部に位置した冷却窓Ｗを区画するリブ１２以外は、従来と同様の構成であり、同一符号を付す。
【００１８】
すなわち、本発明の車両用交流発電機は、ハウジング１１に支承された回転軸２にランデル型界磁鉄心６と界磁コイル７とからなる回転子が保持され、ハウジング１１の内周面には、電機子界磁鉄心３及び電機子コイル４からなる固定子が、回転子を囲うように固定されている。
ハウジング１１は、各サポート部１０により締結された筒状のフロントハウジング１１ａと筒状のリヤハウジング１１ｂをとからなり、リヤハウジング１１ｂの後端面には、カバー１３が装着され、該カバー１３とリヤハウジング１１ｂとで整流装置、ブラシあるいはレギュレータを収納した電気部品室Ｓを形成している。
【００１９】
上記基本構成により、エンジンの回転で回転軸５が駆動されると共に、界磁コイル７が通電され励磁されると、電機子コイル４で発生した３相交流電圧が整流装置を整流されて出力される。
本発明の特徴部分の構成は、フロントハウジング１１ａ又はリヤハウジング１１ｂに周方向に多数並設された冷却窓Ｗのリブ１２にある。冷却窓Ｗは、冷却風がハウジング１の内側から外側にリブ１２の後述する滑らかな側面１２ａに沿って流れ出るものである。
【００２０】
以下の説明では、フロントハウジング１１ａに形成された冷却窓Ｗのリブ１２を例にして説明する。ただし、リヤハウジング１１ｂにも同様の冷却窓Ｗと、該冷却窓Ｗを区画するリブ１２を形成してもよい。
図２〜図４は、図１の円形内を拡大した一つのリブ１２の形状を示すものである。リブ１２が形成されるフロントハウジング１１ａは、周側部が円筒状をなし、端部がドーム状に曲折されている。リブ１２は、フロントハウジング１１ａの端部に形成され、空気の通流に適した滑らかな側面１２が以下のように形成されている。
【００２１】
リブ１２は、フロントハウジング１１ａの周側部との境界位置（図２のＡ−Ａ線位置）における断面形状が、図３に示すように、内側においてフロントハウジング１１ａの内周面とほぼ同一面となり、外側において外径域ほど絞られたテーパ形状部１２０になっている。
また、リブ１２は、フロントハウジング１１ａが内径側に折れ曲りはじめる部位（図２のＢ−Ｂ線位置）における断面形状が、図４に示すように、小径の内側弧状部１２１と、図３と同様の、外径域ほど絞られたテーパ形状部１２２とを結合したものとなっている。
【００２２】
更に、リブ１２は、フロントハウジング１１ａが内径側に曲り終った終端部位近傍（図２のＣ−Ｃ線位置）における断面形状が、図５に示すように、大径の内側弧状部１２３と、図３と同様の、外径域ほど絞られたテーパ形状部１２４とを結合したものとなっている。
上記リブ形状を総括すれば、リブ１２の側面には、弧状部１２１及び１２３とテーパ形状部１２０、１２２及び１２４とが結合した中央稜線Ｇが形成され、この中央稜線部位が、リブ１２の内側から外側までの中央部で厚さが最大となる凸となっている。また、リブ１２の側面は、弧状部１２１及び１２３によって形成される球面と、テーパ形状部１２０、１２２及び１２４によって形成される曲面とによって、吐出風のながれ方向Ｄに沿った滑らかな凸曲面を呈している。
【００２３】
ところで、上記形状のリブ１２で区画された冷却窓Ｗの内側には、界磁鉄心６の端面に位置し回転軸５に固定された冷却ファン８、９が配設されている。
このような冷却窓Ｗのリブ１２をもつ車両用交流発電機によれば、ハウジング１前方の開口１３（図１）より冷却ファン８によって外気を吸引し、その外気を吐出風として冷却窓Ｗより外側に逃すとき、回転子及び固定子等が冷却される。
【００２４】
冷却窓Ｗを通る吐出風は、図２の矢視Ｄに示すように流れる。この吐出風は、リブ１２が図３〜図５に示した断面形状によって、吐出風の流れが、長方形等の先頭鈍形の場合より速く円滑となる。従って、冷却効率も向上し、騒音の問題も低減できる。
図６に騒音レベルを測定した結果を示す。測定環境は無響室に本発電機を置き、そのリヤ側端部から後方４５゜３０cm位置にマイクロフォンを設置して無負荷状態で騒音レベルを測定した。点線は従来の断面長方形のリブの場合の特性を示し、実線は第１実施例のリブ形状の場合の特性を示す。この特性図からも明らかなように、特に風量が多くなる高回転域での騒音レベルが改善されている。
【００２５】
上記のように、吐出風の流れが円滑に行われるのは、弧状部１２１、１２３によって形成される先頭球面部と、テーパ形状部１２０、１２２、１２４によって形成される曲面の尾部に基づく効果である。尾部は長いほどよく、いわゆる流線形にすることにより、吐出風の流れを一層円滑にできる。
ところで、上記フロントハウジング１１ａは、その外周面を区画する外周型と内周面を区画する内周型とを軸方向Ｅ（図２）に型抜きすることにより容易に成形できる。
【００２６】
すなわち、リブ１２は、弧状部１２１及び１２３とテーパ形状部１２０、１２２及び１２４とが結合した中央稜線Ｇを型割り線とすればよい。中央稜線Ｇは、軸方向Ｅと平行な直線１４と、ドーム状の端部の曲線１５とからなる。直線１４と曲線１５との交点位置Ｐは、フロントハウジング１１ａの周側部の内周面位置と一致している。従って、内周型で弧状部１２１、１２３を成形し、外周型でテーパ形状部１２０、１２２、１２４を成形するようにすれば、両型を軸方向Ｅに抜くことができる。
【００２７】
なお、上記第１実施例は、冷却窓Ｗを軸方向に長くできないものに適する。
（第２実施例）
本発明の第２実施例は、図８に示すように、冷却窓Ｗが軸方向に長く、リブ１６も軸方向の部分が大きくなる。このように軸方向の部分が長いリブ１６は、先頭部を第１実施例ように弧状部１２１によって球面とすることができない。内周型の外周面が円周面のため型割りとすると、球面と円周面とのつなぎ部分ができて、軸方向の部分が途切れてしまうからである。
【００２８】
そこで、本実施例のリブ１６は、図７および図９に示すように、内周型の外周の円筒面１８（フロントハウジング１１ａの内周面）と反対の凹状の円弧面１６１を先頭面にもつ弧状部１６２と、第１実施例と同様のテーパ形状部１６３と、軸方向端位置でフロントハウジング１１ａと接続した弧状部１６２′とから構成した。図９に示すリブ１６は、図８のＦ−Ｆ線位置での断面形状を示す。
【００２９】
上記構成のリブ１６によっても、第１実施例と同様に、吐出風の円滑な流れと、騒音の低減を期待できる。特に、この実施例の場合は、テーパ形状部１６３を長くすればよい。
また、上記リブ１６の中央稜線Ｇは、軸方向の直線とすることができ、型割り線をフロントハウジング１１ａの内壁面に一致することにより、軸方向の型抜きが可能となる。
【００３０】
なお、リブ１２、１６には、冷却窓Ｗを区画する比較的細いものと、フロントハウジング１１ａとリヤハウジング１１ｂとをボルトで固定するために設けられた例えば４本のサポートリブも第１、第２実施例により形成することができる。また、第２実施例において、先頭の円弧面１６１は、平坦であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】 第１実施例の車両用交流発電機の断面図である。ハウジングの端部に位置した冷却窓を区画するリブの側面図である。
【図２】 図１の円形内の冷却窓を拡大し、リブの形状を説明する説明図である。
【図３】 図２のＡ−Ａ線位置でのリブ断面図である。
【図４】 図２のＢ−Ｂ線位置でのリブ断面図である。
【図５】 図２のＣ−Ｃ線位置でのリブ断面図である。
【図６】 本発明と従来品とを比較した騒音レベルの測定結果を示す特性図である。
【図７】 第２実施例のリブの形状を説明する説明図である。
【図８】 第２実施例の発電機をフロント側から見たリブを中心とした正面図である。
【図９】 図８のＦ−Ｆ線位置でのリブ断面図である。
【図１０】 従来の車両用交流発電機を示す断面図である。
【図１１】 従来のリブの特徴を説明する説明図である。
【図１２】 従来のリブの作用を説明する説明図である。
【符号の説明】
Ｗ…冷却窓、８、９…送風ファン、１１…ハウジング、１１ａ…フロントハウジング、１１ｂ…リヤハウジング、１２、１６…リブ、１２ａ…リブの側面、１２０、１２２、１２４…テーパ形状部、１２１、１２３…弧状部、１４、１５…型割り線、Ｇ…中央部（中央稜線）。

Claims (2)

1. 周方向に複数の冷却窓を有し、隣接する該冷却窓間がリブとなる筒状のハウジングと、該ハウジング内に固定された固定子と、該ハウジングに回転自在に保持された回転子と、該回転子の端面に固定され、前記冷却窓に向けて該ハウジングの内側から外側に送風する送風ファンとをもつ車両用交流発電機において、
   前記ハウジングは、その一端部がその端に近づくにつれ外周径が小さくなるドーム状であり、前記冷却窓を区画する前記リブはドーム状の該一端部に位置し、かつ前記リブの側面は、該リブの内側から外側までの厚さ方向の中央部が凸となる凸曲面であっており、
   さらに、該リブは、
   前記ハウジングの周側部との境界位置における断面形状が、内側において該ハウジングの内周面とほぼ同一面となり、外側において外径域ほど絞られたテーパ形状部（１２０）になっており、
   前記ハウジングが内径側に折れ曲りはじめる部位における断面形状が、小径の内側弧状部（１２１）と、外径域ほど絞られたテーパ形状部（１２２）とを結合したものであり、
   前記ハウジングが内径側に曲り終った終端部位近傍における断面形状が、大径の内側弧状部（１２３）と、外径域ほど絞られたテーパ形状部（１２４）とを結合したものとなっており、
   前記リブの側面には、弧状部（１２１、１２３）とテーパ形状部（１２０、１２２、１２４）とが結合した中央稜線Ｇが形成され、この中央稜線部位が、前記リブの内側から外側までの中央部で厚さが最大となる凸となっていることを特徴とする車両用交流発電機。
2. 前記ハウジングはその外周面を区画する外周型と内周面を区画する内周型とをもつ型で型抜き成形されたものであり、外周型と内周型の型割り線は前記凸面の頂上をつなぐ線となっている請求項１記載の車両用交流発電機。

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