JP4719578B2 - 発電機 - Google Patents

Description

本発明は、冷却通路付きハウジング及び回転電機に関するものである。

従来の自動車用として用いられる液冷式回転電機における冷却媒体が流通する通路の構成方法は、例えば特許文献１に示されるような、２つのハウジングを同軸的の組み合わせることで構成されている。

特許第２７０７９９５号公報（全体）

特許文献１に示される従来技術では、構成される２つのハウジングの円筒部が、ともに、軸方向に長い形状であり、鋳造時に、溶融した金属が型内を流れ難い形状である。このため、巣などの鋳造欠陥がハウジング内に発生しやすく、結果的に冷却媒体の漏洩という信頼性の問題がある。更に、鋳造作業時に、型から製品が離れ難いという生産性の問題がある。

また、生産しやすい製品形状とする場合は、各々のハウジングの円筒部が厚くなり、重量増加や大型化という弊害が発生し、自動車用としては相応しくない。

本発明の目的は、冷却媒体の通路を構成するハウジングの生産性と信頼性を高めた冷却通路付きハウジングを提供することにある。

本発明の他の目的は、冷却媒体の通路を構成するハウジングの生産性と信頼性を高めた交流発電機等の回転電機を提供することにある。

本発明は、その一面において、開口部同士を対向して当接した有底筒状の第１及び第２ハウジングにて外側ハウジングを形成し、その内周に第３ハウジングを固定し、第１及び／又は第２ハウジングの内周と第３ハウジングの外周との間に冷却通路を形成することを特徴とする。

本発明は、他の一面において、前記第３ハウジングを、前記第１及び／又は第２ハウジングに固定したことを特徴とする。

本発明はまた、他の一面において、第１及び／又は第２ハウジングの内周に開口端まで連続する環状凹部を形成し、該環状凹部と第３ハウジングの外周との間に冷却通路を形成したことを特徴としている。

本発明は、また他の一面において、第３ハウジングを、第１第２ハウジングに跨って配置したことを特徴としている。

本発明は、さらに他の一面において、第３ハウジングの内周に、固定子巻線と共に、絶縁部材によってモールドされた固定子鉄心を固定したことを特徴としている。

本発明の望ましい実施態様によれば、各ハウジングが生産し易い構造となり、また、軸方向長さを小さくできるため、生産性と信頼性を向上させることができる。

また、本発明の望ましい実施態様によれば、各々のハウジングの軸方向長さを短縮出来るので、信頼性と生産性を高くすることが可能になる。

また、本発明の望ましい実施態様によれば、製造する際に、第３ハウジングを簡単な形状とすることができ、例えば、型成形する場合には、型も簡単なものとすることができる。

また、本発明の望ましい実施態様によれば、冷却媒体が環状に流通することとなるため、効率的に冷却を行うことができる。

また、本発明の望ましい実施態様によれば、環状凹部が開口端部まで連続しているので第３ハウジングを第１ハウジング及び／又は第２ハウジングの内周に挿入させ易くすることができる。

また、本発明の望ましい実施態様によれば、冷却通路の通路面積をできるだけ大きくすることができるため、効率よい冷却が可能となる。

さらに、本発明の望ましい実施態様によれば、固定子巻線全体から絶縁部材を介して第３ハウジングに熱を伝達することができるので固定子巻線全体を冷却することができる。

本発明のその他の目的と特徴は、以下に述べる実施形態の説明の中で明らかにする。

以下に、図面を参照して、本発明の望ましい実施形態について説明する。

図１は、本発明による冷却通路付きハウジング及び回転電機の一実施形態である自動車用交流発電機を、その中心軸を通る垂直面で断面した縦断面図である。

図２は、本発明の一実施形態による自動車用交流発電機を、第１〜３ハウジングに分解して示す分解斜視図である。

図１において、プーリ１はベルト（図示せず）によりエンジンの駆動力を受け、軸受としてのボールベアリング２，３で回転自在に保持された回転子４全体が、固定子５の内周側で回転可能となっている。ここで、回転子４は、円周方向に複数設けられた先細り形状の爪部によって回転軸方向に延びる一対の磁極としての爪形磁極６、７を形成するとともに、これら爪形磁極６、７の内周に一体的に回転する駆動軸８などで構成される。また、駆動軸８のプーリ１と逆側端に設けられたブラシ９，１０からスリップリング１１，１２を介して爪形磁極６、７の内部にある界磁巻線１３に給電することにより、爪形磁極６，７が励磁され、磁極周りに磁路が形成される。

プーリ１側のボールベアリング２は、プーリ１側の第１ハウジング１４に装着されており、もう１つのボールベアリング３は、第２ハウジング１５に装着されている。尚、プーリ１側のボールベアリング２は、もう一方のボールベアリング３よりも径が大きく、潤滑のためのグリスを内輪と外輪の間に封入されたシール付きベアリングを採用している。

固定子５は、内側ハウジングとしての円筒状の第３ハウジング１６に圧入、焼きばめなどで、その固定子鉄心と第３ハウジング１６の内周面とを密着固定させている。また、第３ハウジング１６は、第１ハウジング１４側で、内周部へ張り出したフランジ部１７を持つ。

また、固定子巻線の端部及び前述端部と第３ハウジング内周面や、固定子鉄心のスロット内には、巻線との隙間１８等が生じる。これらの隙間１８等には、例えば、熱硬化性の樹脂である不飽和ポリエステル等の、絶縁性と空気より高い熱伝達率を持つ絶縁部材としての樹脂材がモールドされる。これにより、固定子巻線から発生する熱を効率よく第３ハウジング１６に伝達している。

ここで、第１ハウジング１４、第２ハウジング１５及び第３ハウジング１６は、アルミ材を用いてダイカスト工法によって成形されている。したがって、第３ハウジング１６の第１ハウジング１４側の厚みについては、固定子巻線と接触しない程度まで、厚さを厚くする。これによって、ハウジングの生産性を向上させるのみならず、固定子巻線端部に充填される絶縁部材の量を減少させることが可能となり、固定子巻線から発生する熱を効果的に後述する冷却媒体としての冷却水に伝えることが可能となる。

さらに、一般的に第３ハウジング１６を構成する金属材料であるアルミ材と比較して、固定子巻線端部に充填される絶縁部材の価格は高いので、絶縁部材の使用量を減少させることで経済性を向上させることも可能になる。

第３ハウジング１６は、ボルト１９により第１ハウジング１４に押付けられた状態で固定されることで、車載による振動などに対して動かないようになっている。

ここで、冷却通路２０の形成について述べる。

第１及び第２ハウジング１４，１５の内周には、それらの開口端まで連続する環状凹部２１，２２が形成され、これらの環状凹部２１，２２と第３ハウジング１６の外周との隙間が冷却通路２０を形成している。第２ハウジング１５には、外部から冷却通路２０へ、冷媒としての冷却水を取り入れる給水口２３と、冷却通路２０から外部へ冷却水を排出する排水口２４（図２）が、円周方向に隣接して配置されている。第３ハウジング１６の外周には、円周上の１ヶ所で冷却通路２０を遮断する仕切り２５を設けている。この実施例では、回転子４の回転軸方向に平行に延びる３つの仕切り２５を突設している。給水口２３と排水口２４は、円周方向に隣接して配置されているが、冷却通路２０には、冷媒の円周方向の流れを、隣接した給水口（供給口）２３と排水口（排出口）２４の間で遮断する仕切り２５を設けている。したがって、給水口２３から発電機内に取り入れられたエンジンの冷却水は、そのほとんどが、第１，第２ハウジング１４，１５及び第３ハウジング１６に囲まれて形成される冷却通路２０内を、第１ハウジング１４側から見て時計回りに流れる。反時計回り方向は、仕切り２５の流路抵抗が高いため、冷却水は流れにくい。冷却通路２０内を循環した冷却水は、排水口２４から当該自動車用交流発電機の外部にあるエンジン側の冷却水路に戻ることで、固定子５を冷却する。

第３ハウジング１６の外周側には、弾性体であるゴム等の材料で成形された漏洩防止部材としてのＯリングを固定する溝２６，２７が配置され、Ｏリング２８，２９を埋め込んでいる。このとき、溝２６を構成する壁の最外周面と第１ハウジング１４の内周面、及び、溝２７を構成する壁の最外周面と第２ハウジング１５の内周面とを、いずれも同軸的に勘合させる。これにより、当該発電機の中心軸を構成すると同時に、Ｏリング２８，２９を圧縮変形させ、冷却水の漏れを防止している。

同様に、第１ハウジング１４の軸方向端部には、ゴム等の材料で成形された漏洩防止部材としてのＯリングを固定する溝３０が設けられ、この溝３０にはＯリング３１が嵌め込まれている。このため、第２ハウジング１５をボルト３２により第１ハウジング１４に固定した際、第２ハウジング１５の軸方向端部がＯリング３１を圧縮変形させる。

このように、第１，第２ハウジング１４，１５の内周に形成された環状凹部２１，２２と、第３ハウジング１６の外周面に囲まれた冷却通路２０内に冷却水が満たされるが、Ｏリング２８，２９，及び３１の圧縮変形により、満たされた冷却水が漏洩することはない。

また、第２ハウジング１５には、平行な隣接位置に、給水口２３と排水口２４（図２）が設けられ、エンジンの冷却水を循環させることで、固定子巻線を効果的に冷却することができる。

第２ハウジング１５には、当該発電機の整流器を構成するダイオードの負極側素子３３が埋め込まれることにより、負極側の素子からの発熱は第２ハウジング１５を介して冷却通路２０に通水された冷却水に伝わる。これによって、整流器を構成するダイオードの負極側の素子３３は効率よく冷却される。

また、正極側の素子（図示されず）は冷却フィン３４に固定され、正極側冷却フィン３４は第２ハウジング１５に設けられたボス３５に、比較的熱伝導率の高い絶縁体３６を介して固定される。この結果、素子から発生した熱は、フィン３４と、比較的熱伝導率の高い絶縁体３６を通じて第２ハウジング１５に伝えられ、正極側素子は冷却される。同時に、ハウジング内に引き込まれる外気が、正極側ダイオード素子が固定されるフィン３４の間に形成される空間を通風する。すなわち、回転子４に固定されるファン３７により、第２ハウジング１５の軸方向端に固定されるカバーの外周に設けられた穴を経由して、ボールベアリング３の外周側に設けられた穴からハウジング内に引き込まれる。この外気は、第２ハウジング１５と正極側ダイオード素子が固定されるフィン３４の間に形成される空間を通ることで、正極側ダイオード素子を効率よく冷却する。

以上、実施例１について説明したが、実施例１においては、第１ハウジング１４と第２ハウジング１５の相対向する開口端を互いに当接させており、第３ハウジング１６は、第１ハウジング１４と第２ハウジング１５の内部に跨って配置されている。したがって、ハウジングの軸方向長が長くなることはなく、また、構造が複雑となることもない。このため、ダイカストにて、第１ハウジング１４と第２ハウジング１５を成形する際、溶融したアルミ材が型内を流れ易く、ハウジング内に巣などの鋳造欠陥が発生することがない。

また、実施例１においては、第１，第２ハウジング１４，１５の開口端間及び第１，第２ハウジング１４，１５の内周と第３ハウジング１６の外周との間に形成された冷却通路２０には、Ｏリング２８，２９及び３１が圧縮された状態で嵌め込まれている。したがって、冷却水の漏洩を確実に防止することができる。

また、実施例１においては、冷却通路２０を固定子巻線の周りを循環する環状に形成しているので、冷却面積を極力大きくすることができる。

また、実施例１においては、空気より高い熱伝達率を持つ絶縁部材によってモールドされた固定子５を第３ハウジング１６に固定しているので、固定子５全体を効率よく冷却することができる。特に、絶縁部材を、第３ハウジング１６に圧入や焼きばめ等で密着させるようにするとより効果的である。

さらに、実施例１においては、仕切り２５の存在により、冷却水が冷却通路２０を確実に周回して循環するため、より効率的に固定子巻線を冷却することができる。

図３は、本発明の第２の実施形態による自動車用交流発電機を、その中心軸を通る垂直面で断面した縦断面図である。この実施例では、プ−リ側のＯリング３８を、第３ハウジング１６における当該回転子４の回転軸８方向に対して略垂直な面に設けられた溝３９内に設置している。そして、第１ハウジング１４の内周における当該回転子４の回転軸８方向に対して垂直な面に、ボルト４０の締結力によって挟み込み、漏洩を防止している。

また、第２ハウジング１５には、当該回転子４の回転軸８方向と略平行な内周面に、Ｏリング４１を配置する為の溝４２が設けられており、この溝４２内にＯリング４１が、第３ハウジング１６によって圧縮された状態で配置されている。

このような構成とすることにより、実施例１に比べて第１ハウジング１４に第３ハウジング１６を組み付ける際、Ｏリング３８が第１ハウジング１４の内周を摺動することがなく、Ｏリング３８が傷付くことがない。また、Ｏリング４１を配置するため溝４２が第２ハウジング１５に設けられているので、第３ハウジング１６の肉厚を薄くすることが可能となる。

以上、各実施例について説明したが、本発明による冷却通路付きハウジングは、ハウジング内に収容するのは交流発電機に限らず、交流電動機のほか、冷却を要する機器であれば何にでも適用することができる。

また、上記実施例においては、外側ハウジングを第１ハウジング１４と第２ハウジング１５の２つのハウジングによって構成したが、３つ以上のハウジングによって構成しても構わない。同様に、内側ハウジングとしての第３ハウジング１６も、複数のハウジングにて構成することが可能である。

また、上記実施例においては、第３ハウジング１６は、第１ハウジング１４だけに固定したものとしたが、第２ハウジング１５だけに固定することも、また、両ハウジング１４，１５に固定しても構わない。しかし、第２ハウジング１５に整流器を配置した場合には、上記実施例のように、第１ハウジング１４だけに第３ハウジング１６を固定することが望ましい。

また、上記実施例においては、第１ハウジング１４と第２ハウジング１５の内周に冷却通路２０を環状に形成したが、用途に応じて自由に設定することが可能である。例えば、複数の軸方向に延びる溝や螺旋溝等を形成し、冷媒を蛇行させて冷却効果を向上することなどが考えられる。

また、上記実施例においては、第３ハウジング１６を第１ハウジング１４と第２ハウジング１５とに跨って配置したが、内部レイアウトの都合により、一方側に偏奇させて配置することも可能である。

また、上記実施例においては、固定子巻線と固定子鉄心を樹脂材によってモールドしたが、絶縁可能で、かつ、熱伝導性のよい材料であれば別の材料でも適用できる。

また、上記実施例においては、第１，第２ハウジング１４，１５の間、及び、第３ハウジング１６と第１，第２ハウジング１４，１５の間には、Ｏリング２８，２９，及び３１を嵌め込んでいるが、冷却水の漏れを防止する接着剤等を塗布することも可能である。

また、上記実施例においては、第１，第２及び第３ハウジング１４，１５及び１６をアルミダイカストにて成形するものとしたが、型を用いて成形するものであれば、上記実施例と同様の作用効果が得られる。

次に、上記の各実施形態から把握し得る請求項に記載以外の発明について、以下にその作用効果と共に記載する。

（１）第１ハウジングと第２ハウジングの対向して当接する開口部は、互いに押付けられた状態で固定されていることを特徴とする各請求項に記載の冷却通路付きハウジング又は回転電機。このような構成によれば、第１ハウジングと第２ハウジング間から冷却媒体が外部に極力漏れないようにすることができる。

（２）第１ハウジングと第２ハウジングの対向して当接する開口部に、弾性を有する漏洩防止部材が圧縮変形された状態で嵌め込まれていることを特徴とする各請求項に記載の冷却通路付きハウジング又は回転電機。このような構成によれば、第１ハウジングと第２ハウジング間からの冷却媒体の漏れを確実に防止することができる。

（３）第３ハウジングは、第１と第２ハウジングに同軸的に嵌め合わされることを特徴とする各請求項に記載の冷却通路付きハウジング又は回転電機。

（４）第３ハウジングの外周部に漏洩防止部材を持つことを特徴とする各請求項に記載の冷却通路付きハウジング又は回転電機。このような構成によれば、第３ハウジングと第１ハウジング及び第２ハウジング間からハウジング内部に冷却媒体が漏れるのを確実に防止することができる。

（５）第１ハウジング又は第２ハウジングは整流器を備え付けたことを特徴とする各請求項に記載の冷却通路付きハウジング又は回転電機。このような構成によれば、整流器を設置するための部材を別途設ける必要がないため、安価なものとすることができる。

（６）第１ハウジング又は第２ハウジングには、冷却媒体の供給、排出口を持つことを特徴とする各請求項に記載の冷却通路付きハウジング又は回転電機。このような構成によれば、簡単な配管レイアウトでよい。

（７）第１ハウジング、第２ハウジングの内周及び第３ハウジングの外周いずれか１つ以上に、軸方向に伸びる仕切り壁が配置されることを特徴とする各請求項に記載の冷却通路付きハウジング又は回転電機。このような構成によれば、仕切り壁が抵抗となり、冷却通路内を冷却媒体が周回するようになるため、効率的に冷却することができる。尚、仕切り壁は複数設けた方が有効である。

（８）第１，第２及び第３ハウジングは、ダイカストで成形されていることを特徴とする各請求項に記載の冷却通路付きハウジング又は回転電機。この発明は、これらのハウジングをダイカストで成形した場合に特に有効である。

本発明による冷却通路付きハウジング及び回転電機の一実施形態である自動車用交流発電機を、その中心軸を通る垂直面で断面した縦断面図。 本発明の一実施形態による自動車用交流発電機を、第１〜３ハウジングに分解して示す分解斜視図。 本発明の第２の実施形態による自動車用交流発電機を、その中心軸を通る垂直面で断面した縦断面図。

符号の説明

１…プ−リ、２，３…ベアリング、４…回転子、５…固定子、６，７…爪形磁極、８…回転軸、９，１０…ブラシ、１１，１２…スリップリング、１３…界磁巻線、１４…第１ハウジング、１５…第２ハウジング、１６…第３ハウジング、１７…フランジ部、１８…隙間、１９…ボルト、２０…冷却通路、２１，２２…環状凹部、２３…給水口、２４…排水口、２５…仕切り（壁）、２６，２７，３０…Ｏリングを配置する溝、２８，２９，３１…Ｏリング、３２…ボルト、３３…整流器の負極側整流素子（ダイオード）、３４…正極側整流素子冷却フィン、３５…第２ハウジングに設けられた正極側整流素子冷却フィン固定用ボス、３６…絶縁体、３７…冷却用ファン。

Claims (6)

1. 一端に開口部を有する有底筒状の第１ハウジングと、該第１ハウジングの開口部に対向して当接する開口部を有する有底筒状の第２ハウジングと、前記第１及び第２ハウジングの内周に跨り密接して設けられた円筒状の第３ハウジングと、前記第１及び第２ハウジングの内周に形成され開口端まで連続する環状凹部と、該環状凹部と前記第３ハウジングの外周との隙間によって形成され冷却媒体が流通する冷却通路と、前記第１第２のハウジングの開口部同士が対向して当接する当接部からの前記冷却通路内の冷媒の漏洩を防止する第１のＯリングと、前記第１ハウジングと前記第３ハウジングの当接部からの前記冷却通路内の冷媒の漏洩を防止する第２のＯリングと、前記第２ハウジングと前記第３ハウジングの当接部からの前記冷却通路内の冷媒の漏洩を防止する第３のＯリングと、前記第３ハウジングの内側に収容される発電機構成体と、前記第２ハウジングに埋め込まれ当該発電機の整流器を構成するダイオードの負極側素子を備え、前記冷却通路を、前記第１〜第３ハウジングによって形成したことを特徴とする発電機。
2. 前記第３ハウジングは、前記第１又は第２ハウジングの一方に固定されていることを特徴とする請求項１に記載の発電機。
3. 前記第１又は第２ハウジングには、外部と前記冷却通路とを結ぶ冷媒の供給口と排出口を円周方向に隣接して設け、前記冷却通路には、前記冷媒の円周方向の流れを、隣接した前記供給口と排出口の間で遮断する仕切りを設けたことを特徴とする請求項１又は２に記載の発電機。
4. 前記発電機構成体は、駆動源からの動力により回転駆動される駆動軸と、該駆動軸と一体的に回転するよう構成された磁極を含む回転子と、該回転子と空隙を介してその内周を対向させた筒状の固定子鉄心と、該固定子鉄心に巻回される固定子巻線とを含む固定子とを備えたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の発電機。
5. 前記発電機構成体は、駆動源からの動力により回転駆動される駆動軸と、該駆動軸と一体的に回転するよう構成された磁性体からなる磁極と、該磁極の内部に巻回され、外部からスリップリングを介して電流を供給される界磁巻線とを含む回転子と、該回転子と空隙を介してその内周を対向させた筒状の固定子鉄心と、該固定子鉄心に巻回される固定子巻線とを含む固定子とを備えたことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の発電機。
6. 前記発電機構成体は、固定子鉄心と固定子巻線が、絶縁部材によってモールドされて固定されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の発電機。

Images