JP4118548B2

JP4118548B2 - 車両用交流発電機

Info

Publication number: JP4118548B2
Application number: JP2001340632A
Authority: JP
Inventors: 克彦杉谷
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2001-11-06
Filing date: 2001-11-06
Publication date: 2008-07-16
Anticipated expiration: 2021-11-06
Also published as: US20030094865A1; DE10250171B4; FR2832001A1; FR2832001B1; JP2003143801A; US7122927B2; DE10250171A1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は乗車用、トラック等に搭載される車両用交流発電機に関する。
【０００２】
【従来技術】
車両用交流発電機のファン騒音は、ファン形状、ハウジングの吸気孔形状、及びハウジングのファンシュラウド形状が発生要因として挙げられる。
【０００３】
ファン形状改良に関しては、ファンブレード枚数やブレード形状の最適化等、多数提案されている。しかし、近年のエンジンルーム静粛化に伴う高い要求レベルを満足するのには限界がある。
【０００４】
ハウジングの吸気孔形状改良に関しては、特開平７−１０７７０４号公報に記載されているものがある。この技術は、吸気孔の形状を全て同一とするのではなく、異なる複数の形状とすることで、発生するファン騒音の特定次数成分を分散させ、ファン騒音の低減を図るものである。
【０００５】
また、ハウジングのファンシュラウド形状改良に関しては、フランス公開特許２７４５４３９号公報に記載されているものがある。この技術は、ハウジングのベアリングボックス支持スポークを傾斜させることで、ファンブレードがスポークを通過する時の対向面積変化を滑らかにしている。このことにより、スポーク裏面のシュラウド面とファンブレードとの間の圧力変化も滑らかになり、干渉音の低減を図っている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、特開平７−１０７７０４号公報に記載されているものでは、ハウジングの吸気孔の形状を不均一に改良しただけであり、シュラウド面とファンブレードとの圧力変化によって生じるファン騒音については、全く考慮されていない。
【０００７】
また、フランス公開特許２７４５４３９号公報に記載されているものでは、通常の遠心方向に真っ直ぐ延びる遠心スポークと比較して、スポークが遠心方向に斜めに延びている。そのため、スポークの長さが通常の遠心スポークよりも長くなり、強度が低下するという問題がある。また、量産に適したダイカスト製法において、遠心方向に真っ直ぐ延びるスポークと比較して、湯回りが悪くなり、不良が発生し易くなるという問題もある。
【０００８】
本発明は、上記問題に鑑みなされたものであり、ファン騒音の低減を目的とする。
【０００９】
具体的には、シュラウド面とファンブレードとの圧力変化によって生じるファン騒音の低減を図り、製造が容易な車両用交流発電機を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するために、請求項１では、シャフト（３１）に固着された界磁鉄心（３２）、及び前記界磁鉄心の少なくとも一方の軸方向端面に固定されていて複数のファンブレード（３６１、３７１）を有する冷却ファン（３６、３７）を備えるとともに、前記シャフトがベアリング（８、９）によって回転自在に支承される回転子（３）と、前記ベアリングを支持する支持部、前記支持部から径方向に延びる複数のスポーク（４１６）、及び周方向に隣接する前記スポーク間に形成され前記冷却ファンによって発生する冷却風の吸気孔（４１１、４２１）を有するハウジング（４）とを備えた車両用交流発電機において、前記ファンブレードと前記吸気孔の外郭（４１８）とは前記シャフトの軸方向に対向しており、前記吸気孔の外径側のファンシュラウド面（４１７、４２７）の周方向の単位長さあたりの面積が前記シャフトの回転方向に漸増していることを特徴としている。
【００１１】
このことにより、ファンブレードがスポークを通過する時にファンブレードと外郭の外径部分のファンシュラウド面（４１７）との対向面積が漸増するので、急激な圧力変化が起こることなく、圧力変化を滑らかにすることができる。よって、冷却ファン回転時にスポーク裏面であるファンシュラウド面（４１７）とファンブレードとの干渉で発生するファン騒音を低減することができる。
【００１８】
また、請求項２では、冷却ファン（３６）は、傾斜ブレードを有していることを特徴としている。
【００１９】
遠心ブレードを採用した場合は、軸方向にはほとんど風が流れず、吸入した風の大部分がシャフトの垂直方向に流れる。このため、ブレードがファンシュラウド面を通過する時のファンシュラウド面を横切る風量が多く、騒音が大きくなる。しかし、傾斜ブレードを採用した場合は、軸方向にも吸入した風が流れるため、吸入した風が遠心方向と軸方向とに分散される。このことにより、傾斜ブレードを用いた場合には、ブレードがファンシュラウド面を通過する時のファンシュラウド面を横切る風量が少ないため、遠心ブレードを用いた場合と比較すると騒音は小さくなる。よって、傾斜ブレードを用いることにより、遠心ブレードを採用したものよりもファン騒音に大きな効果を得ることができる。
【００２０】
また、請求項３では、スポーク（４１６）は、ベアリング（８、９）の支持部より遠心方向に真っ直ぐ延びていることを特徴としている。
【００２１】
このことにより、従来の遠心方向に斜めに延びているスポークと比べて、スポークの長さが短くなり、強度の低下を防止することができる。また、量産に適したダイカスト製法においても、湯回りが悪くなることがなく、不良が発生しにくくなる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、図に示す実施形態について説明する。
【００２３】
図１は本発明の車両用交流発電機における軸方向断面図を示し、図２はフレーム端面から見た図を示している。また、図３、図４、図５は図２の具体的構成を説明するために要部を拡大した図である。これらの図に基づき、本発明の車両用交流発電機の構成を説明する。
【００２４】
図１に示すように本発明の車両用交流発電機１は、固定子２、回転子３、ハウジング４、整流装置５、カバー６、プーリ７等から構成されている。
【００２５】
固定子２は、円筒状の固定子コア２２に設けられた複数のスロットに電機子コイル２１と巻回して構成されている。
【００２６】
回転子３は、固定子２の径方向内側に配置されており、シャフト３１、界磁鉄心３２、界磁コイル３３、スリップリング３４、３５、冷却ファン３６、３７等を有している。回転子３は絶縁処理された導線を円筒状かつ同心状に巻回された界磁コイル３３を、それぞれ同数の爪部を有する界磁鉄心３２によってシャフト３１を通して両側から挟み込んだ構造を有している。また、フロント側の界磁鉄心３２の端面には、フロント側から吸い込んだ冷却風を軸方向および径方向に吐き出すために回転前方に傾斜する複数の傾斜ブレードを有する冷却ファン３６がスポット溶接等によって取り付けられている。同様に、リヤ側の界磁鉄心３２の端面には、リヤ側から吸い込んだ冷却風を径方向に吐き出すために複数の遠心式ブレードを有する冷却ファン３７がスポット溶接等によって取り付けられている。また、シャフト３１のリヤ側端部近傍には、界磁コイル３３の両端に電気的に接続された２つのスリップリング３４、３５が形成されており、これらのスリップリング３４、３５を介してブラシ装置３８から界磁コイル３３に対して給電が行われる。
【００２７】
ハウジング４は、椀状のフロント側フレーム４１と同じく椀状のリア側フレーム４２から構成されている。これらは、固定子２、及び回転子３を含む構成部品を支持し、固定するものである。フロント側フレーム４１とリア側フレーム４２は、ボルト４３で固定されている。また、固定子２は、固定子コア２２の軸方向の一端部がフロント側フレーム４１の内側に当接し、他端部がボルト４３のフランジ部分４３１に当接して、フロント側フレーム４１とフランジ部分４３１との間で挟み込むような形で固定されている。
【００２８】
また、軸方向の端部において、椀状の底部を形成する端壁部４１２、４２２には、回転子３を回転自在に支持するためのベアリング８、９の外周を囲む構成になっていて、それらを固定するためのベアリングボックス４１５、４２５が配置されている。また、フロント側のベアリングボックス４１５は、遠心方向に複数延びているフロント側のスポーク４１６で保持されている。また、リア側のスポークもフロント側のスポークと同様の構造になっている。また、端壁部４１２、４２２には、冷却ファン３６、３７で発生する冷却風の吸入口である吸気孔４１１、４２１が周方向に隣接するスポーク４１６間に形成されている。また、径方向の端部の壁部をなす周壁部４１４には、冷却風の排出口である排気孔４１３が形成されている。
【００２９】
整流装置５は、リア側フレーム４２の外側に配置されており、図には記載されていない負極整流素子と正極整流素子、負極放熱フィン５３、正極放熱フィン５４、端子台５５等を有している。負極整流素子は、負極放熱フィン５３に配置されており、正極整流素子は正極放熱フィン５４に配置されている。また、端子台５５には、整流素子と電機子コイル２１とを接続する接続端子（図示せず）が配置されている。
【００３０】
カバー６は、アルミ製鋼板をプレス成形したものであり、整流装置５等の電気部品を覆い被せ、保護するようにリア側フレーム４２の外側に連結されている。また、カバー６には、複数の冷却風の吸入口が形成されている。
【００３１】
プーリ７は、回転子３のフロント側の端部に固定されており、図示しないエンジンからの動力をベルトと通じ、伝達するものである。このプーリ７が回転することで、回転子３を所定方向に回転させる。
【００３２】
次に、図２、図３、図４、図５に基づき本発明の重要部分である吸気孔４１１の外郭とファンブレード３６１の先端部３６２とのなす角度が冷却ファン３６の回転とともに漸減する構造について説明する。
【００３３】
図２に示すように吸気孔４１１は、隣接するスポーク４１６の間に配置されており、その吸気孔４１１の外周側には外周壁部４２８が、そして内周側には内周壁部４２９が形成されている。また、吸気孔４１１の外郭が外周壁部４２８の内径側端部４１８であり、外周壁部４２８の外郭が外径側端部４１９である。これら外径側端部４１９と内周壁部４２９の外周は、共に円弧状の形状になっている。また、軸方向の端部である端壁部４１２、４２２には、ファンブレード３６１、３７１の先端部４１２、４２２と微小の間隔で対向するファンシュラウド面４１７、４２７が形成されている。なお、ファンシュラウド面とは、ファンブレード３６１が対向する外周壁部４２８の裏面とスポーク４１６の裏面とを合わせた面のことを示す。
【００３４】
フロント側フレーム４１では、シャフトの回転方向に進むに従って、外径側端部４１９と内周側端部４１８との距離が徐々に増加している。言い換えれば、シャフト３１の回転方向に進むに従って、内周側端部４１８と軸心からの距離が徐々に減少しているともいえる。また、シャフト３１の回転方向に進むに従って、外周壁部４２８の周方向の単位長さあたりの面積が徐々に増加しているといえる。さらに言い換えれば、シャフト３１の回転方向に進むに従って、吸気孔４１１の周方向の単位面積が徐々に減少するともいえる。更に、シャフトの回転方向に進むに従って、内径側端部４１８とファンブレード３６１の先端部３６２とのなす角度も徐々に減少するともいえる。
【００３５】
図３、図４、図５は図２のＡ部分の拡大図である。本実施形態の冷却ファン３６は形状が異なる２種類の傾斜ブレードを有する。
【００３６】
図２は、本構造を説明するために形状が異なるＡブレード３６５とＢブレード３６６を示している。また、冷却ファン３６回転時におけるブレードの軸方向端部と吸気孔の内径側端部４１８との角度の値の変化を示している。なお、図３のＡブレード３６５の軸方向端部と内径側端部４１８との角度をθａ、Ｂブレード３６６の軸方向端部と内径側端部４１８との角度をθｂ、図４の前記Ａブレード３６５の軸方向端部と内径側端部４１８との角度をθａ'、Ｂブレード３６６の軸方向端部と内径側端部４１８との角度をθｂ'、図５のＡブレード３６５の軸方向端部と内径側端部４１８との角度をθａ''、Ｂブレード３６６の軸方向端部と内径側端部４１８との角度をθｂ''とする。
【００３７】
図３は、冷却ファン３６回転時にファンブレード３６１がある一つの吸気孔の内径側端部４１８に交差し始める状態を示す図であり、この時の角度θａは約５７°、角度θｂは約４１°である。また、図４は、冷却ファン３６回転時にファンブレード３６１が内径側端部４１８に交差している中間の状態を示す図であり、この時の角度θａ'は約４５°、角度θｂ'は約２９°である。更に、図５は、冷却ファン３６回転時にファンブレード３６１が内径側端部４１８に交差し終わる状態を示す図であり、この時の角度θａ''は約２５°、角度θｂ''は約９°である。
【００３８】
このように、Ａブレード３６５、Ｂブレード３６６共に角度は、約３０°の範囲で変化していることがわかる。つまり、ファンブレード３６１が異なる形状であっても、変化する角度は同様であるといえる。本構造では、角度が約３０°の範囲で変化することがファン騒音低減に効果がある。また、変化する角度の範囲が約３０°であることにより、フロント側フレーム４１のファンシュラウド面４１７が、隣接するスポーク４１６の間で外周壁部４２８の面積が漸増する程度、及び軸心と内径側端部４１８との距離がシャフト３１の回転方向に漸減する程度も決められる。
【００３９】
以上のように構成された車両用交流発電機１は、今回図示していない車両のエンジンにより、プーリ７を介して回転子３が駆動し、電機子コイル２１に三相交流電流が発生する。そして、電機子コイル２１に発生した交流電流は整流装置５により、全波整流して直流電流に変換され、今回図示していない車両のバッテリ及び車両電気負荷に供給される。また、回転子３が回転駆動するとき、冷却ファン３６、３７も一体になって回転する。そして、冷却風を発生させ、電機子コイル２１や整流装置５等の発熱する部分を冷却する。
【００４０】
本実施形態では、シャフト３１の軸心と内周壁部４１８との距離がシャフト３１の回転方向に漸減する構造としている。これにより、ファンブレード３６１が外周壁部４２８を通過する時にファンブレード３６１と外周壁部４２８の裏面との対向面が漸増するので、ファンシュラウド面とファンブレードとの間で急激な圧力変化が起こることなく、圧力変化を滑らかにすることができる。よって、冷却ファン３６の回転時にファンシュラウド面４１７とファンブレード３６１の干渉で発生するファン騒音を低減することができる。
【００４１】
また、外周壁部４２８の周方向の単位長さあたりの面積がシャフト３１の回転方向に漸増する構造にすることは、シャフト３１の軸心から吸気孔４１１の外郭までの距離は、シャフト３１の回転方向に漸減しているといえる。このことにより、ファンブレード３６１は同一円周上に回転するため、ファンブレード３６１が外周壁部４２８を通過する時にファンブレード３６１と外周壁部４２８の裏面との対向面が漸増する。よって、上記と同様の効果を得ることができる。
【００４２】
同様に、ファンブレード３６１の軸方向端部と内径側端部４１８とのなす角度が冷却ファン３６回転時に漸減する構造にすることは、シャフト３１の軸心から吸気孔４１１の外郭までの距離は、シャフト３１の回転方向に漸減しているといえる。このことにより、ファンブレード３６１は同一円周上に回転するため、ファンブレード３６１が外周壁部４２８を通過する時にファンブレード３６１と外周壁部４２８の裏面との対向面が漸増する。よって、上記と同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の車両用交流発電機における軸方向断面図である。
【図２】本発明の車両用交流発電機におけるフレーム端面から見た図である。
【図３】本発明の車両用交流発電機の具体的構成を説明するための図である。
【図４】本発明の車両用交流発電機の具体的構成を説明するための図である。
【図５】本発明の車両用交流発電機の具体的構成を説明するための図である。
【符号の説明】
１…車両用交流発電機、
２…固定子、
３…回転子、
４…ハウジング、
５…整流装置、
６…カバー、
７…プーリ、
８、９…ベアリング、
２１…電機子コイル、
２２…固定子コア、
３１…シャフト、
３２…界磁鉄心、
３３…界磁コイル、
３６、３７…冷却ファン、
４１…椀状のフロント側フレーム、
４２…椀状のリア側フレーム、
３６１、３７１…ファンブレード、
３６５…Ａブレード、
３６６…Ｂブレード、
４１１、４２１…吸気孔、
４１３、４２３…排気孔、
４１６…スポーク、
４１７、４２７…ファンシュラウド面。

Claims

シャフト（３１）に固着された界磁鉄心（３２）、及び前記界磁鉄心の少なくとも一方の軸方向端面に固定されていて複数のファンブレード（３６１、３７１）を有する冷却ファン（３６、３７）を備えるとともに、前記シャフトがベアリング（８、９）によって回転自在に支承される回転子（３）と、
前記ベアリングを支持する支持部、前記支持部から径方向に延びる複数のスポーク（４１６）、及び周方向に隣接する前記スポーク間に形成され前記冷却ファンによって発生する冷却風の吸気孔（４１１、４２１）を有するハウジング（４）とを備えた車両用交流発電機において、
前記ファンブレードと前記スポーク間に形成された吸気孔の外郭（４１８）とは前記シャフトの軸方向に対向しており、この外郭（４１８）を遠心方向に凸な曲線状の形状として、前記吸気孔の外径側のファンシュラウド面（４１７、４２７）の周方向の単位長さあたりの面積が前記シャフトの回転方向に漸増していることを特徴とする車両用交流発電機。
前記冷却ファン（３６）は、傾斜ブレードを有していることを特徴とする請求項１に記載の車両用交流発電機。
前記スポーク（４１６）は、前記ベアリング（８、９）の支持部より遠心方向に真っ直ぐ延びていることを特徴とする請求項１もしくは２に記載の車両用交流発電機。