JP4869401B2

JP4869401B2 - 車両用交流発電機

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Publication number: JP4869401B2
Application number: JP2009529915A
Authority: JP
Inventors: 慎一伊藤; 慎二西村; 義郎今澤
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2007-08-30
Filing date: 2007-08-30
Publication date: 2012-02-08
Anticipated expiration: 2027-08-30
Also published as: US8097994B2; EP2184837A4; WO2009028066A1; EP2184837A1; JPWO2009028066A1; CN101682232B; CN101682232A; US20100171379A1

Description

この発明は、自動車等の車両に搭載される車両用交流発電機に関し、特にその冷却構造の改良に関するものである。

従来の車両用交流発電機は、回転子に固定された冷却ファンの回転により発生する冷却風により、固定子コイルのコイルエンド部の冷却を行うように構成されている（例えば、特許文献１参照）。即ち、図２３に示すように、回転子軸１１に固定された回転子１の軸方向両端部に固定された一対の冷却ファン２１、２２が回転子１と一体に回転することにより、冷却風Ａ、Ｂが一対のケース３１、３２に設けられた吸気孔３１４、３２４からケース３１、３２の内部に流入する。

ケース３１、３２の内部に流入した冷却風Ａ、Ｂは、冷却ファン２１、２２の回転による遠心力により軸方向から半径方向に曲げられ、固定子コイル４０のコイルエンド部４１、４２の軸方向端面４１１、４２１に沿って流れた後、ケース３１、３２に設けられた排気孔３１５、３２５から外部へ放出される。このとき、夫々のコイルエンド部４１、４２の軸方向端面４１１、４２１は、冷却風Ａ、Ｂとの熱交換により冷却される。

国際特許公開ＷＯ２００５／０９３９２９Ａ１号公報

前述のように構成された従来の車両用交流発電機に於いて、固定子コイル４０のコイルエンド部４１、４２の冷却は、冷却ファン２１、２２からその半径方向に排出した冷却風Ａ、Ｂがコイルエンド部４１、４２と熱交換することより行われる。しかしながら、固定子コイル４０のコイルエンド部４１、４２は、固定子コア５の軸方向両端面から軸方向に延び、固定子コア５の半径方向に流れる冷却風Ａ、Ｂに対して直交するよう配置されているため、冷却風Ａ、Ｂとコイルエンド部４１、４２とが熱交換を行う部位はコイルエンド部４１、４２の軸方向端面４１１、４２１に限られていた。このため、従来の車載用交流発電機は、コイルエンド部４１、４２の冷却が不十分となるという課題があった。

この発明は、従来の車両用交流発電機に於ける前述のような課題を解決するためになされたもので、固定子コイルのコイルエンド部の冷却性能を向上させると共に、冷却風量を増加させて交流発電機全体の冷却性能をより向上させるようにした車両用交流発電機を提供することを目的とするものである。

この発明に係る車両用交流発電機は、内周部に複数個のスロットを有する固定子コアと、前記固定子コアの軸方向の一方の端部と他方の端部に夫々配置され前記固定子コアの軸方向端面に当接する当接面を有する一対のケースと、前記一対のケースと前記固定子コアとを一体に固定し前記固定子コアの外周面上で前記固定子コアの軸方向に延在する複数個の通しボルトと、前記複数個のスロットに装着され前記固定子コアの軸方向の一方の端部と他方の端部とから夫々軸方向に突出するコイルエンド部を有する固定子コイルと、前記一対のケースに回動自在に支持された回転子軸と、前記回転子軸に固定され前記固定子コアの内側空間部に配置された回転子と、前記回転子の少なくとも一方の軸方向の端部に固定された冷却ファンとを備え、前記一対のケースのうち少なくとも一方は、前記軸方向当接面と、前記固定子コアの軸方向端面の周縁から前記固定子コアの軸方向に延びる前記固定子コアの外周面の一部に当接する内周当接面とを備え、前記軸方向当接面は、前記コイルエンド部の外周面側に連通する第1の冷却風通路を備え、前記内周当接面は、前記第1の冷却風通路に連通し且つ前記固定子コアの外周面側で前記固定子コアの軸方向に開口する第２の冷却風通路を備えたものである。

又、この発明による車両用交流発電機は、内周部に複数個のスロットを有する固定子コアと、前記固定子コアの軸方向の一方の端部と他方の端部に夫々配置され前記固定子コアの軸方向端面に当接する当接面を有する一対のケースと、前記一対のケースと前記固定子コアとを一体に固定し前記固定子コアの外周面上で前記固定子コアの軸方向に延在する複数個の通しボルトと、前記複数個のスロットに装着され前記固定子コアの軸方向の一方の端部と他方の端部とから夫々軸方向に突出するコイルエンド部を有する固定子コイルと、
前記一対のケースに回動自在に支持された回転子軸と、前記回転子軸に固定され前記固定子コアの内側空間部に配置された回転子と、前記回転子の少なくとも一方の軸方向の端
部に固定された冷却ファンとを備え、前記一対のケースのうち少なくとも一方は、前記軸方向当接面と、前記固定子コアの軸方向端面の周縁から前記固定子コアの軸方向に延びる前記固定子コアの外周面の一部に当接する内周当接面とを備え、前記軸方向当接面は、前記コイルエンド部の外周面側に連通する第1の冷却風通路を備え、前記内周当接面は、前
記第1の冷却風通路に連通し且つ前記固定子コアの外周面側で前記固定子コアの半径方向
に開口する第２の冷却風通路を備えたものである。

この発明に係る車両用交流発電機によれば、一対のケースのうち少なくとも一方の当接面は、コイルエンド部の外周面側と固定子コアの外周面側とを連通し固定子コアの外周面側で固定子コアの軸方向に開口する冷却風通路を備えたので、冷却風がコイルエンドの外周面を経由した後、冷却風通路を介して固定子コアの外周面に沿って流れ、固定子コイルのコイルエンド部の冷却性能を向上させると共に、冷却風量を増加させて交流発電機全体の冷却性能をより向上させることができる。

又、この発明による車両用交流発電機によれば、一対のケースのうち少なくとも一方の当接面は、コイルエンド部の外周面側と固定子コアの外周面側とを連通し固定子コアの外周面側で固定子コアの半径方向に開口する冷却風通路を備えたので、冷却風がコイルエンドの外周面を経由した後、冷却風通路を介してケース外部に流れ、固定子コイルのコイルエンド部の冷却性能を向上させると共に、冷却風量をより増加させて交流発電機全体の冷却性能をより一層向上させることができる。

この発明の実施の形態1に係る車両用交流発電機の要部断面図である。この発明の実施の形態1に係る車両用交流発電機のケースを示す斜視図である。この発明の実施の形態1に係る車両用交流発電機を一部破断して示す平面図である。この発明の実施の形態1に係る車両用交流発電機を説明するための参考図である。この発明の実施の形態1に係る車両用交流発電機の説明図である。この発明の実施の形態1に係る車両用交流発電機の説明図である。この発明の実施の形態1に係る車両用交流発電機の説明図である。この発明の実施の形態1に係る車両用交流発電機を説明するための参考図である。この発明の実施の形態２に係る車両用交流発電機を一部破断して示す平面図である。この発明の実施の形態３に係る車両用交流発電機の要部断面図である。この発明の実施の形態３に係る車両用交流発電機の説明図である。この発明の実施の形態３に係る車両用交流発電機の説明図である。この発明の実施の形態３に係る車両用交流発電機の説明図である。この発明の実施の形態３に係る車両用交流発電機の説明するための参考図である。この発明の実施の形態４に係る車両用交流発電機の説明図である。この発明の実施の形態５に係る車両用交流発電機の説明図である。この発明の実施の形態６に係る車両用交流発電機の要部断面図である。この発明の実施の形態６に係る車両用交流発電機の固定子の概略斜視図である。この発明の実施の形態６に係る車両用交流発電機の説明図である。この発明の実施の形態７に係る車両用交流発電機の要部断面図である。この発明の実施の形態７に係る車両用交流発電機の説明図である。この発明の実施の形態８に係る車両用交流発電機を一部破断して示す正面図である。従来の車両用交流発電機の断面図である。

実施の形態１．
図１は、この発明の車両用交流発電機の要部を示す断面図である。図1に於いて、車両用交流発電機１００は、一対のケース３１、３２と、この一対のケース３１、３２により軸受１２２を介して回動自在に支持された回転子軸１１と、回転子軸１１に固定されたクローポール形磁極（以下、単に、磁極と称する）７と、磁極７に保持された界磁コイル８と、磁極７の軸方向両端部に固定された冷却ファン２１、２２とを備えている。回転子軸１１と磁極７と界磁コイル８とは、回転子１を構成している。回転子軸１１の一端には、内燃機関（図示せず）の出力軸にベルト等の動力伝達手段（図示せず）を介して連結されるプーリ１２が固定されている。

又、車両用交流発電機１００は、一対のケース３１、３２により軸方向両端面が挟持された固定子コア５と、この固定子コア５の内周部に設けられた複数のスロットに装着された固定子コイル４０を備えている。固定子コイル４０は、スロットの深さ方向に配列された複数のコイル導体により構成され、固定子コア５の軸方向両端面から軸方向に夫々突出するコイルエンド部４１、４２を備えている。固定子コア５と、固定子コイル４０とは、固定子６を構成している。

図２は、一対のケースのうち反プーリ側に位置するケース３１を示す斜視図である。図１及び図２に於いて、ケース３１は、軸受１２１（図２３参照）を固定する軸受固定部３１１と、車両用交流発電機１００を車両の構造体（図示せず）に固定するための固定ボルト（図示せず）を挿入する貫通孔３１２を有する固定部材３１３を備えている。ケース３１の軸方向の端面には、冷却ファン２１に対向して開口する複数個の吸気口３１４が形成され、又、外周面に半径方向に開口する複数個の排気口３１５が形成されている。

ケース３１の内周面３１６には、軸方向の当接面３１７と内周当接面としての半径方向の当接面（以下、単に、半径方向の当接面と称する）３１８とが形成されている。ケース３１は、軸方向の当接面３１７が固定子コア５の軸方向端面の外縁部に当接し、半径方向の当接面３１８が固定子コア５の外周面の軸方向端縁に当接して、固定子コア５の反プーリ側の軸方向端面に装着される。

ケース３１の軸方向の当接面３１７に形成された凹溝からなる第１の冷却通風路と、ケース３１の半径方向の当接面３１８に形成された凹溝からなる第２の冷却風通路とからなる複数個の冷却風通路３１９が、ケース３１の内周面に形成され、これらの冷却風通路３１９がケース３１の周方向に複数個間隔を介して配置されており、軸方向の当接面３１７と固定子コア５の軸方向端面との接触、及び半径方向の当接面３１８と固定子コアの外周面との接触は、複数個の冷却風通路３１９により断続的となる。夫々の冷却風通路３１９は、ケース３１の内部に於いて固定子コイル４０のコイルエンド部４１の外周面４１２に対向してケース３１の半径方向に内側に向けて開口すると共に、固定子コア５の外周面側に於いて固定子コア５の軸方向に開口している。

又、プーリ側に位置するケース３２は、ケース３１と同様に、軸受１２２を固定する軸受固定部３２１と、車両用交流発電機１００を車両の構造体に固定するための固定ボルトを挿入する貫通孔を有する固定部材（図示せず）を備えている。ケース３２の軸方向の端面には、冷却ファン２２に対向して開口する複数個の吸気口３２４が形成され、又、軸方向端面と外周面に跨って開口する複数個の排気口３２５が形成されている。

ケース３２の内周面３２６には、ケース３１と同様に、軸方向当接面と半径方向当接面とが形成されている。ケース３２は、軸方向当接面が固定子コア５の軸方向端面の外縁部に当接し、半径方向当接面が固定子コア５の外周面の事項方向端縁に当接して固定子コア５のプーリ側の軸方向端面に装着される。

ケース３２の軸方向の当接面に形成された凹溝からなる第１の冷却通風路と、ケース３２の半径方向の当接面に形成された凹溝からなる第２の冷却風通路とからなる複数個の冷却風通路３２９が、ケース３２の内周面に形成され、これらの冷却風通路３２９がケース３２の周方向に複数個間隔を介して配置されており、軸方向の当接面と固定子コア５の軸方向端面との接触、及び半径方向の当接面と固定子コア５の外周面との接触は、複数個の冷却風通路３２９により断続的となる。夫々の冷却風通路３２９は、ケース３２の内部に於いて固定子コイル４０のコイルエンド部４２の外周面４２２に対向してケース３２の半径方向に内側に向けて開口すると共に、固定子コア５の外周面側に於いて固定子コア５の軸方向に開口している。

ケース３１の外周部には、ケース３１の軸心の回りに９０度の間隔を介して通しボルト（図２３に示す通しボルト９に相当する）に螺合される４個のねじ穴３１１０が設けられ、同様にケース３２の外周部には、軸心の回りに９０度の間隔を介して通しボルトを貫通させる貫通孔(図示せず)が設けられている。ケース３１の４個のねじ穴３１１０は、ケース３２の４個の貫通孔に夫々対応している。

ケース３２の夫々の貫通穴にプーリ１２側から軸方向に挿入された４本の通しボルトは、ケース３１の夫々対応するねじ穴３１１０に螺合し、一対のケース３１、３２を互いに接近する方向に締め付けて固定子コア５を挟持する。これらの４本の通しボルトは、ケース３１とケース３２との間で固定子コア５の外周面上で固定子コア５の軸方向に延在する。通しボルトと固定子コア５の外周面とは、僅かな間隙を介して対向している。尚、通しボルト、一対のケース３１、３２、固定子コア５等の相互関係は、図２３に示す従来の装置の通しボルト９、一対のケース３１、３２、固定子コア５の相互関係と同様である。

一対のケース３１、３２に設けられた冷却風通路３１９、３２９は、夫々のケース３１、３２の周方向に任意のピッチで、通しボルト相互の間に数個づつ配置されており、これにより、車両用交流発電機１００のほぼ全周域に冷却風通路３１９、３２９が配置され、周方向の放熱性能のばらつきが抑制される。

図３は、この発明の実施の形態1に係る車両用交流発電機を一部破断して示す平面図で、ケース３１、３２の一部を破断線Ｘ１、Ｘ２により一部を破断して夫々の冷却風通路３１９、３２９を明示している。図３に示すように、ケース３１に設けられた複数個の冷却風通路３１９は、ケース３２に設けられた複数個の冷却風通路３２９に対して固定子コア５の周方向に異なる位置に設けられており、夫々の冷却風路３１９、３２９の開口部は、互いに対向しないように配置されている。このように構成することにより、ケース３１の冷却風通路３１９から固定子コア５の外周面に流出した冷却風Ａ２と、ケース３２の冷却風通路３２９から固定子コア５の外周面に流出した冷却風Ｂ２とが互いに干渉することなく流れ、損失を少なくすることができる。

これに対して、図４に示す参考図のように、ケース３１に設けた冷却風通路３１９とケース３２に設けた冷却風通路３２９とが、固定子コア５の周方向に同一位置に設けられている場合、夫々の冷却風通路３１９、３２９から流出した冷却風Ａ２、Ｂ２が固定子コア５の周面上で衝突し、損失が大きくなる。実施の形態１による車両用交流発電機によれば、このような欠点は解消される。

図５、図６及び図７は、この発明の実施の形態1に係る車両用交流発電機の説明図である。図５に示すように、固定子コア５の軸方向端面５１とこの軸方向端面５１に対向する前記冷却風通路３１９の壁面３１９ａとの間の距離ａは、固定子コア５の軸方向端面５１とケース３１に設けられた排気口３１５の壁面３１５ａとの間の距離ｂ以下に設定されている。

又、図６に示すように、固定子コア５の軸方向端面５１とケース３１に設けられた排気口３１５の壁面３１５ａとの間の距離ｂは、固定子コア５の軸方向端面５１とこの軸方向端面５１から軸方向に突出するコイルエンド部４１の軸方向端面４１１との間の距離ｃ以下に設定されている。

更に、図７に示すように、固定子コア５の軸方向端面５１とこの軸方向端面５１に対向する冷却風通路３１９の壁面３１９ａとの間の距離ｈは、コイルエンド部４１の外周面４１２とケース３１の内周面３１６との間の距離ｉよりも大きく設定されている。

尚、ケース３２についても、前述の図５、図６及び図７に示したケース３１の場合と同様に構成されている。

次に、この発明の実施の形態１に係る車両用交流発電機に於ける冷却作用について説明する。図１に於いて、回転子１が回転すると、その軸方向両端部に固定された冷却ファン２１、２２が回転子１と共に回転する。冷却ファン２１、２２の回転により、ケース３１、３２に夫々設けられている吸気口３１４、３２４からケース内部に冷却風Ａ、Ｂが吸引され、冷却ファン２１、２２にその軸方向から流入する。冷却ファン２１、２２に流入した冷却風Ａ、Ｂは、冷却ファン２１、２２の回転による遠心力により、冷却ファン２１、２２から半径方向に排出される。冷却ファン２１、２２から排出された冷却風Ａ、Ｂは、夫々コイルエンド部４１、４２の軸方向端面４１１、４２１に沿って流れ、コイルエンド部４１、４２との熱交換によりコイルエンド部４１、４２を冷却する。

コイルエンド部４１、４２の軸方向端面４１１、４２１に沿って半径方向外側に流れた冷却風Ａ、Ｂは、そのままケース３１、３２に設けられた排気口３１５、３２５からケース３１、３２の外部へ排出される冷却風Ａ１、Ｂ１と、コイルエンド部４１、４２の外周面４１２、４２２に沿って軸方向に流れケース３１、３２に設けられた冷却風通路３１９、３２９を介して固定子コア５の外周面へ軸方向に排出される冷却風Ａ２、Ｂ２とに分流する。分流した冷却風Ａ２、Ｂ２は、コイルエンド部４１、４２の外周面４１２、４２２との熱交換によりこれを冷却する。実施の形態１では、冷却風Ａ１、Ｂ２が流れる流路を第１の流路、冷却風Ａ２、Ｂ２が流れる流路を第２の流路と称する。

前述したように、ケース３１、３２に設けられた複数個の冷却風通路３１９、３２９は、固定子コア５の外周面側で、周方向の異なる位置で開口しているので、夫々の冷却風通路３１９、３２９から固定子コア５の外周面で軸方向に排出された冷却風Ａ２、Ｂ２は、図３に示すように互いに干渉することなくスムースに固定子コア５の外周面に沿って流れ、固定子コア５と熱交換してこれを冷却する。

図５に示すように、固定子コア５の軸方向端面５１とこの軸方向端面５１に対向する前記冷却風通路３１９の壁面３１９ａとの間の距離ａは、固定子コア５の軸方向端面５１とケース３１に設けられた排気口３１５の壁面３１５ａとの間の距離ｂ以下に設定されているので、ケース３１の排気口３１５と冷却風通路３１９との間に、幅[ｂ−ａ]のリブ部３１０がケース３１の全周に亘って設けられる構造となるため、ケース３１に十分な強度を持たせることが可能となる。ケース３２についても、ケース３１と同様にリブ部が全周に亘って設けられる。

又、図６に示すように、固定子コア５の軸方向端面５１とケース３１に設けられた排気口３１５の壁面３１５ａとの間の距離ｂは、固定子コア５の軸方向端面５１とこの軸方向端面から軸方向に突出するコイルエンド部４１の軸方向端面４１１との間の距離ｃ以下に設定されているので、コイルエンド部４１の軸方向端面４１１に沿って流れる冷却風Ａ１を、ケース1で塞ぐことなく、ケース１の排気口３１５から外部に流出させることができる。ケース３２についても同様である。

更に、図７に示すように、固定子コア５の軸方向端面５１とこの軸方向端面５１に対向する冷却風通路３１９の壁面３１９ａとの間の距離ｈは、コイルエンド部４１の外周面４１２とケース３１の内周面３１６との間の距離ｉよりも大きく設定されているので、冷却風Ａ２がほぼ損失無く冷却風通路３１９を通過するために必要な流路幅が確保されており、圧力損失を抑えることができる。ケース３２についても同様である。

図８は、この発明の実施の形態１の車両用交流発電機の説明するための参考図であり、固定子コア５の軸方向端面５１とこの軸方向端面５１に対向する冷却風通路３１９の壁面との間の距離ｈを、コイルエンド部４１の外周面４１２とケース３１の内周面３１６との間の距離ｉよりも小さく設定した場合を示している。この場合、冷却風Ａ２がコイルエンド部４１の外周面４１２から冷却風通路３１９に入る際に風路の断面積が縮小し、この発明の実施の形態１の場合に比較して圧力損失が増大し、冷却風量が低下し冷却効果は減少する。

以上述べたように、この発明の実施の形態１に係る車両用交流発電機によれば、従来の車両用交流発電機のケースに設けられた排気口に加えて、固定子コアの外周面側で固定子コアの軸方向に冷却風を排出する冷却風通路を設けたので、風路の面積が増大し、交流発電機全体の冷却風量が増え、コイルエンド部のみならず固定子コアやその他の発熱部分の放熱性能も向上する効果がある。

又、貫通孔冷却風通路３１９、３２９は、水抜き孔の機能を兼ね備えており、発電機内部に水がたまることにより生じる電蝕、及び、塩害の発生を防止することができる。

又、ケース３１、３２を、例えばダイカスト等の鋳造により製造することにより、冷却風通路３１９、３２９を形成するための追加工の必要が無く製造コストを安価にすることができる。更に、切削加工にて固定子コアにインローを設ける必要がある際には、ケースの溝に合わせて不連続に切削されるため、切り屑が工具に巻き付かず、工具の寿命を向上させることができる。

尚、ケース３１、３２に設けられる冷却風通路及び排気口のピッチ、数、その断面形状等は前述の例に限定されるものではない。又、前述の実施の形態1では、ケース３１、３２側に冷却風通路３１９、３２９を設けた場合について説明したが、固定子コア５側に冷却風通路を形成してもよく、更には、ケース３１、３２側と固定子コア５側の双方に冷却風通路を形成してもよい。又、冷却風通路は固定子１の何れか一方の軸方向端部にのみ設けるようにしてもよい。

実施の形態２．
図９は、この発明の実施の形態２に係る車両用交流発電機を一部破断して示す平面図であり、ケース３１、３２の一部を破断線Ｘ１、Ｘ２により破断して夫々の冷却風通路３１９１、３２９１を明示している。図９に於いて、ケース３１に設けられた冷却風通路３１９１と、ケース３２に設けられた冷却風通路３２９１は、夫々、冷却ファンの回転方向に傾斜するように形成されている。その他の構成は、実施の形態1と同様である。

実施の形態２による車両用交流発電機によれば、夫々のケース３１、３２に設けられた冷却風通路３１９１、３２９１から固定子コア５の外周面に排出された冷却風Ａ２、Ｂ２が、固定子コア５の外周面上にて合流し、固定子コア５の周方向に流れるので、固定子コア５の放熱を促進する効果が得られる。

又、貫通孔冷却風通路３１９１、３２９１は、水抜き孔の機能を兼ね備えており、発電機内部に水がたまることにより生じる電蝕、及び、塩害の発生を防止することができる。

又、ケース３１、３２を、例えばダイカスト等の鋳造により製造することにより、冷却風通路３１９１、３２９１を形成するための追加工の必要が無く製造コストを安価にすることができる。更に、切削加工にて固定子コアにインローを設ける必要がある際には、ケースの溝に合わせて不連続に切削されるため、切り屑が工具に巻き付かず、工具の寿命を向上させることができる。

尚、ケース３１、３２に設けられる冷却風通路及び排気口のピッチ、数、その断面形状等は前述の例に限定されるものではない。又、前述の実施の形態２では、ケース３１、３２側に冷却風通路３１９１、３２９１を設けた場合について説明したが、固定子コア５側に冷却風通路を形成してもよく、更には、ケース３１、３２側と固定子コア５側の双方に冷却風通路を形成してもよい。又、冷却風通路は固定子１の何れか一方の軸方向端部にのみ設けるようにしてもよい。

実施の形態３．
図１０は、この発明の実施の形態３に係る車両用交流発電機の要部を示す断面図である。図１０に於いて、ケース３１、３２は、固定子コア５の軸方向端面及びその近傍の外周面に対向する軸方向の端面及び半径方向の端面に、ケース３１、３２の半径方向に貫通するノッチ状の切り欠きからなる冷却風通路３１９２、３２９２を備えている。この冷却風通路３１９２、３２９２は、コイルエンド部４１、４２の外周面４１２、４２２側と固定子コア５の外周面側とを連通し、固定子コア５の外周面側で固定子コア５の半径方向に開口している。

図１１、図１２及び図１３は、この発明の実施の形態２に係る車両用交流発電機の説明図である。図１１に示すように、固定子コア５の軸方向端面５１とこの軸方向端面５１に対向する前記冷却風通路３１９２の壁面３１９２ａとの間の距離ａは、固定子コア５の軸方向端面５１とケース３１に設けられた排気口３１５の壁面３１５ａとの間の距離ｂ以下に設定されている。

又、図１２に示すように、固定子コア５の軸方向端面５１とケース３１に設けられた排気口３１５の壁面３１５ａとの間の距離ｂは、固定子コア５の軸方向端面５１とこの軸方向端面から軸方向に突出するコイルエンド部４１の軸方向端面４１１との間の距離ｃ以下に設定されている。

更に、図１３に示すように、固定子コア５の軸方向端面５１とこの軸方向端面５１に対向する冷却風通路３１９２の壁面３１９２ａとの間の距離ｈは、コイルエンド部４１の外周面４１２とケース３１の内周面３１６との間の距離ｉよりも大きく設定されている。

尚、ケース３２についても、前述の図１１、図１２及び図１３に示したケース３１の場合と同様に構成されているものである。又、その他の構成は、実施の形態1と同様である。

次に、以上のように構成されたこの発明の実施の形態３に係る車両用交流発電機に於いて、回転子１が回転すると、その軸方向両端部に固定された冷却ファン２１、２２が回転子１と共に回転する。冷却ファン２１、２２の回転により、ケース３１、３２に夫々設けられている吸気口３１４、３２４からケース内部に吸入された冷却風Ａ、Ｂは、冷却ファン２１、２２にその軸方向から吸引され、ファン２１、２２の回転による遠心力により半径方向に排出される。冷却ファン２１、２２から排出された冷却風Ａ、Ｂは、夫々コイルエンド部４１、４２の軸方向端面４１１、４２１に沿って半径方向に流れ、コイルエンド部４１、４２との熱交換により、コイルエンド部４１、４２を冷却する。

コイルエンド部４１、４２の軸方向端面４１１、４２１に沿って半径方向に流れた冷却風Ａ、Ｂは、そのままケース３１、３２に設けられた排気口３１５、３２５からケース３１、３２の外部へ排出される冷却風Ａ１、Ｂ１と、コイルエンド部４１、４２の外周面４１２、４２２に沿って軸方向に流れ、ケース３１、３２に設けられた冷却風通路３１９２、３２９２を介して固定子コア５の外周面側で半径方向に排出される冷却風Ａ３、Ｂ３とに分流する。この実施の形態３では、冷却風Ａ１、Ｂ２が流れる流路を第１の流路、冷却風Ａ３、Ｂ３が流れる流路を第２の流路と称する。

図１１に示すように、固定子コア５の軸方向端面５１とこの軸方向端面５１に対向する前記冷却風通路３１９２の壁面３１９２ａとの間の距離ａは、固定子コア５の軸方向端面５１とケース３１に設けられた排気口３１５の壁面３１５ａとの間の距離ｂ以下に設定されているので、ケース３１の排気口３１５と冷却風通路３１９２との間に、幅[ｂ−ａ]のリブ部３１０がケース３１の全周に亘って設けられる構造となるため、ケース３１に十分な強度を持たせることが可能となる。ケース３２についても、ケース３１と同様にリブ部が全周に亘って設けられる。

又、図１２に示すように、固定子コア５の軸方向端面５１とケース３１に設けられた排気口３１５の壁面３１５１との間の距離ｂは、固定子コア５の軸方向端面５１とこの軸方向端面から軸方向に突出するコイルエンド部４１の軸方向端面４１１との間の距離ｃ以下に設定されているので、コイルエンド部４１の軸方向端面４１１に沿って流れる冷却風Ａ１を、ケース1で塞ぐことなく、ケース１の排気口３１５から外部に流出させることができる。ケース３２についても同様である。

更に、図１３に示すように、固定子コア５の軸方向端面５１とこの軸方向端面５１に対向する冷却風通路３１９２の壁面３１９２ａとの間の距離ｈは、コイルエンド部４１の外周面４１２とケース３１の内周面３１６との間の距離ｉよりも大きく設定されているので、冷却風Ａ２がほぼ損失無く冷却風通路３１９を通過するために必要な流路幅が確保されており、圧力損失を抑えることができる。ケース３２についても同様である。

図１４は、この発明の実施の形態３の車両用交流発電機を説明するための参考図であり、固定子コア５の軸方向端面５１とこの軸方向端面５１に対向する冷却風通路３１９２の壁面３１９２ａとの間の距離ｈを、コイルエンド部４１の外周面４１２とケース３１の内周面３１６との間の距離ｉよりも小さく設定した場合を示している。この場合、冷却風Ａ３がコイルエンド部４１の外周面４１２から冷却風通路３１９２に入る際に風路の断面積が縮小し、この発明の実施の形態３の場合に比較して圧力損失が増大し、冷却風量が低下し冷却効果は減少する。

以上述べたように、この発明の実施の形態３に係る車両用交流発電機によれば、従来の車両用交流発電機のケースに設けられた排気口に加えて、固定子コアの外周面に半径向に冷却風を排出する冷却風通路を設けたので、排気面積が増大し、交流発電機全体の冷却風量が増え、コイルエンド部のみならず固定子コアやその他の発熱部分の放熱性能も向上する効果がある。

又、貫通孔冷却風通路３１９２、３２９２は、水抜き孔の機能を兼ね備えており、発電機内部に水がたまることにより生じる電蝕、及び、塩害の発生を防止することができる。

又、ケース３１、３２を、例えばダイカスト等の鋳造により製造することにより、冷却風通路３１９２、３２９２を形成するための追加工の必要が無く製造コストを安価にすることができる。更に、切削加工にて固定子コアにインローを設ける必要がある際には、ケースの溝に合わせて不連続に切削されるため、切り屑が工具に巻き付かず、工具の寿命を向上させることができる。

尚、ケース３１、３２に設けられる冷却風通路及び排気口のピッチ、数、その断面形状等は前述の例に限定されるものではない。又、前述の実施の形態３では、ケース３１、３２側に冷却風通路３１９２、３２９２を設けた場合について説明したが、固定子コア５側に冷却風通路を形成してもよく、更には、ケース３１、３２側と固定子コア５側の双方に冷却風通路を形成してもよい。又、冷却風通路は固定子１の何れか一方の軸方向端部にのみ設けるようにしてもよい。

実施の形態４．
図１５は、この発明の実施の形態４に係る車両用交流発電機の説明図である。図１５に於いて、ケース３１に形成された冷却風通路３１９３は、固定子コア５の外周面側で軸方向に開口し、且つその内壁３１９３ａは、固定子コア５の軸方向に傾斜している。他方のケースに設けられた冷却風通路もケース３１の場合と同様に形成されている。
その他の構成は、実施の形態１と同様である。

このように構成された実施の携帯３による車両用交流発電機によれば、冷却風通路３１９３の内壁３１９３ａが軸方向に傾斜して設けられているので、冷却風Ａ２がコイルエンド部４１の外周面側からスムースに冷却風通路３１９３内に流れ、損失を少なくすることができる。

尚、実施の形態４に於いて、冷却風通路は、固定子１の何れか一方の軸方向端部にのみ設けるようにしてもよい。

実施の形態５．
図１６は、この発明の実施の形態５に係る車両用交流発電機の説明図である。図１６に於いて、ケース３１に形成された冷却風通路３１９４は、固定子コア５の外周面側で半径方向に開口し、且つその内壁３１９４ａは、固定子コア５の軸方向に傾斜している。他方のケースに設けられた冷却風通路もケース３１の場合と同様に形成されている。その他の構成は、実施の形態１と同様である。

このように構成された実施の形態５による車両用交流発電機によれば、冷却風通路３１９４の内壁３１９４ａが軸方向に傾斜して設けられているので、冷却風Ａ３がコイルエンド部４１の外周面４１２側からスムースに冷却風通路３１９４内に流れ、損失を少なくすることができる。

尚、実施の形態５に於いて、冷却風通路は固定子１の何れか一方の軸方向端部にのみ設けるようにしてもよい。

実施の形態６．
図１７はこの発明の実施の形態６に係る車両用交流発電機の要部断面図、図１８はその固定子の概略斜視図である。図１７及び図１８に於いて、固定子コア５のスロット内にスロットの深さ方向に配列されて収納された複数のコイル導体は、固定子コア５の軸方向両端面５１、５２に於いてスロットから軸方向に突出してコイル根元部分列４１３、４２３を夫々形成している。

夫々のコイル根元部分列４１３、４２３は、スロットの深さ方向に延びている。そして、固定子コア５の軸方向両端面５１、５２に於いて、隣り合うコイル根元部分列４１３、４２３は、夫々、スロットの深さ方向、即ち固定子コア５の半径方向に延びるコア端面空間部４１３ａ、４２３ａを形成している。これらのコア端面空間部４１３ａ、４２３ａは、ケース３１、３２に形成された冷却風通路３１９、３２９のコイルエンド側の開口に対向して設けられている。その他の構成は、実施の形態１と同様である。

以上のように構成された実施の形態６に係る車両用交流発電機に於いて、図１９に示すように、冷却ファン２１の回転により半径方向に曲げられた冷却風Ａは、コイルエンド部４１の内周面４１４に沿ってコア端面空間部４１３ａに流入する冷却風Ａ４と、コイル端面４１１に沿って流れケース３１の排出口３１５から外部に排出される冷却風Ａ１と、コイルエンド部４１の外周面４１２に沿って流れる冷却風Ａ２とに分流する。冷却風Ａ２と冷却風Ａ４とは冷却風通路３１９内に流れ込み、固定子コア５の外周面側へ軸方向に排出される。図示していないがケース３２側に於いても冷却風Ａ１、Ａ２、Ａ４に対応する冷却風Ｂ１、Ｂ２、Ｂ４が流れる。同様である。実施の形態６では、冷却風Ａ１、Ｂ２が流れる流路を第１の流路、冷却風Ａ２、Ｂ２が流れる流路を第２の流路、冷却風Ａ４、Ｂ４が流れる流路を第３の流路と称する。

実施の形態６による車両用交流発電機によれば、コイル根元部分列４１３、４２３の相互間に、固定子コア５の軸方向端面５１、５２に沿ってスロットの深さ方向に延びる複数個のコア端面空間部４１３ａ、４２３ａが形成されるので、コイルエンド部４１、４２の内周面４１４、４２４を介してコア端面空間部４１３ａ、４２３ａに流れ込む冷却風Ａ４により、コイルエンド部４１、４２の内周面４１４、４２４、及びコイル根元部分列４１３、４２３が冷却される。従って、冷却風Ａ１、Ａ２によるコイルエンド部４１、４２の冷却効果と相まって、極めてコイルエンド部４１、４２の冷却効果を高めることができる。

又、実施の形態１の場合に比して、コア端面空間部４１３ａ、４２３ａが新たに構築されるので、風路が増加し、その結果、冷却風量が増えるため、コイルエンド部４１、４２のみでなく、固定子コア５等の他発熱部分の冷却効果も向上する。更に、コア端面空間部４１３ａ、４２３ａは、ケース３１、３２に形成された冷却風通路３１９、３２９のコイルエンド側の開口に対向して設けられているので、コア端面空間部４１３ａ、４２３ａを通過した冷却風Ａ４は、ほぼ損失無くケース３１、３２の外部に排出され、冷却効果をより高めることができる。

実施の形態７．
図２０は、この発明の実施の形態７に係る車両用交流発電機の要部断面図である。図２０に於いて、ケース３１、３２には、夫々固定子コア５の軸方向端面及びその近傍の外周面に対向する軸方向端部に、ケースの半径方向に貫通するノッチ状の切り欠きからなる冷却風通路３１９２、３２９２を備えている。この冷却風通路３１９２、３２９２は、コイルエンド部４１、４２の外周面４１２、４２２側と固定子コア５の外周面側とを連通し、固定子コア５の外周面側で固定子コア５の半径方向に開口している。その他の構成は、実施の形態６の場合と同湯である。

以上のように構成された実施の形態７に係る車両用交流発電機に於いて、図２１に示すように、冷却ファン２１の回転により半径方向に曲げられた冷却風Ａは、コイルエンド部４１の内周面４１４に沿ってコア端面空間部４１３ａに流入する冷却風Ａ４と、コイル端面４１１に沿って流れケース３１の排出口３１５から外部に排出される冷却風Ａ１と、コイルエンド部４１の外周面４１２に沿って流れる冷却風Ａ２とに分流する。冷却風Ａ２と冷却風Ａ４とは冷却風通路３１９２内に流れ込み、固定子コア５の外周面側で半径方向に排出される。図示していないが、ケース３２側に於いても冷却風Ａ１、Ａ２、Ａ４に対応する冷却風Ｂ１、Ｂ２、Ｂ４が流れる。実施の形態７では、冷却風Ａ１、Ｂ２が流れる流路を第１の流路、冷却風Ａ２、Ｂ２が流れる流路を第２の流路、冷却風Ａ４、Ｂ４が流れる流路を第３の流路と称する。

実施の形態７による車両用交流発電機によれば、コイル根元部分列４１３、４２３の相互間に、固定子コア５の軸方向端面５１、５２に沿ってスロットの深さ方向に延びる複数個のコア端面空間部４１３ａ、４２３ａを形成したので、コイルエンド部４１、４２の内周面４１４、４２４を介してコア端面空間部４１３ａ、４２３ａに流れ込む冷却風Ａ４により、コイルエンド部４１、４２の内周面４１４、４２４、及びコイル根元部分列４１３、４２３が冷却される。従って、冷却風Ａ１、Ａ２によるコイルエンド部４１、４２の冷却効果と相まって、極めてコイルエンド部の冷却効果を高めることができる。

又、実施の形態３の場合に比して、コア端面空間部４１３ａ、４２３ａが新たに構築されるので、風路が増加し、その結果、冷却風量が増えるため、コイルエンド部４１、４２のみでなく、その固定子コア５等の他発熱部分の冷却効果も向上する。更に、コア端面空間部４１３ａ、４２３ａは、ケース３１、３２に形成された冷却風通路３１９２、３２９２のコイルエンド側の開口に対向して設けられているので、コア端面空間部４１３ａ、４２３ａを通過した冷却風Ａ４は、ほぼ損失無くケースの外部に排出され、冷却効果をより高めることができる。

尚、ケース３１、３２に設けられる冷却風通路３１９２、３２９２及び排気口３１５、３２５のピッチ、数、その断面形状等は前述の例に限定されるものではない。又、ケース３１、３２側に冷却風通路３１９２、３２９２を設けた場合について説明したが、固定子コア５側に冷却風通路を形成してもよく、更には、ケース３１、３２側と固定子コア５側の双方に冷却風通路を形成してもよい。又、冷却風通路は固定子１の何れか一方の軸方向端部にのみ設けるようにしてもよい。

実施の形態８．
図２２は、この発明の実施の形態８に係る車両用交流発電機を示す正面図であり、ケース３１、３２の一部を破断線Ｘ１、Ｘ２により一部を破断して夫々の冷却風通路３１９５、３２９５を明示している。実施の形態８では、複数個の冷却風通路のうち、一部の冷却風通路３１９５、３２９５の周方向の幅を、他の冷却風通路の周方向の幅よりも大きく形成しているものである。その他の構成は、実施の形態1と同様である。

この発明の実施の形態８に係る車両用交流発電機によれば、特に冷却効果を高める必要のある部位に於ける冷却風通路の周方向の幅を大きくすれば、その部位に於ける冷却風量が増大し、冷却効果を高めることができる。

又、貫通孔冷却風通路３１９５、３２９５は、水抜き孔の機能を兼ね備えており、発電機内部に水がたまることにより生じる電蝕、及び、塩害の発生を防止することができる。

又、ケース３１、３２を、例えばダイカスト等の鋳造により製造することにより、冷却風通路３１９５、３２９５を形成するための追加工の必要が無く製造コストを安価にすることができる。更に、切削加工にて固定子コアにインローを設ける必要がある際には、ケースの溝に合わせて不連続に切削されるため、切り屑が工具に巻き付かず、工具の寿命を向上させることができる。

尚、ケース３１、３２に設けられる冷却風通路及び排気口のピッチ、数、その断面形状等は前述の例に限定されるものではない。又、ケース３１、３２側に冷却風通路３１９５、３２９５を設けた場合について説明したが、固定子コア５側に冷却風通路を形成してもよく、更には、ケース３１、３２側と固定子コア５側の双方に冷却風通路を形成してもよい。又、冷却風通路は固定子１の何れか一方の軸方向端部にのみ設けるようにしてもよい。

この発明は、自動車等の車両に搭載される交流発電機に利用することができる。

Claims

内周部に複数個のスロットを有する固定子コアと、
前記固定子コアの軸方向の一方の端部と他方の端部に夫々配置され前記固定子コアの軸方向端面に当接する当接面を有する一対のケースと、
前記一対のケースと前記固定子コアとを一体に固定し前記固定子コアの外周面上で前記固定子コアの軸方向に延在する複数個の通しボルトと、
前記複数個のスロットに装着され前記固定子コアの軸方向の一方の端部と他方の端部とから夫々軸方向に突出するコイルエンド部を有する固定子コイルと、
前記一対のケースに回動自在に支持された回転子軸と、
前記回転子軸に固定され前記固定子コアの内側空間部に配置された回転子と、
前記回転子の少なくとも一方の軸方向の端部に固定された冷却ファンと、
を備え、
前記一対のケースのうち少なくとも一方は、前記軸方向当接面と、前記固定子コアの軸方向端面の周縁から前記固定子コアの軸方向に延びる前記固定子コアの外周面の一部に当接する内周当接面とを備え、
前記軸方向当接面は、前記コイルエンド部の外周面側に連通する第1の冷却風通路を備
え、
前記内周当接面は、前記第1の冷却風通路に連通し且つ前記固定子コアの外周面側で前
記固定子コアの軸方向に開口する第２の冷却風通路を備える、
ことを特徴とする車両用交流発電機。
前記一対のケースの夫々は、前記軸方向当接面と、前記固定子コアの軸方向端面の周縁から前記固定子コアの軸方向に延びる前記固定子コアの外周面の一部に当接する内周当接面とを備え、
前記軸方向当接面は、前記コイルエンド部の外周面側に連通する第1の冷却風通路を備
え、
前記内周当接面は、前記第1の冷却風通路に連通し且つ前記固定子コアの外周面側で前
記固定子コアの軸方向に開口する第２の冷却風通路を備え、
前記一方のケースに設けられた前記第２の冷却風通路と他方のケースに設けられた前記第２の冷却風通路とは、前記固定子コアの周方向の異なる位置で開口する、
ことを特徴とする請求項１に記載の車両用交流発電機。
前記第２の冷却風通路は、前記冷却ファンの回転方向に傾斜して設けられ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。
前記冷却ファンの半径方向に排出された冷却風は、前記コイルエンド部の軸方向の端面に沿って流れた後、前記ケースの前記排気口から前記ケースの外部へ流出する第１の流路と前記コイルエンド部の外周面に沿って流れ前記第１の冷却風通路前記第２の冷却風通路とを介して前記固定子コアの外周面に沿って流れる第２の流路とに分流す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。
内周部に複数個のスロットを有する固定子コアと、
前記固定子コアの軸方向の一方の端部と他方の端部に夫々配置され前記固定子コアの軸方向端面に当接する当接面を有する一対のケースと、
前記一対のケースと前記固定子コアとを一体に固定し前記固定子コアの外周面上で前記固定子コアの軸方向に延在する複数個の通しボルトと、
前記複数個のスロットに装着され前記固定子コアの軸方向の一方の端部と他方の端部とから夫々軸方向に突出するコイルエンド部を有する固定子コイルと、
前記一対のケースに回動自在に支持された回転子軸と、
前記回転子軸に固定され前記固定子コアの内側空間部に配置された回転子と、
前記回転子の少なくとも一方の軸方向の端部に固定された冷却ファンと、を備え、
前記一対のケースのうち少なくとも一方は、前記軸方向当接面と、前記固定子コアの軸方向端面の周縁から前記固定子コアの軸方向に延びる前記固定子コアの外周面の一部に当接する内周当接面とを備え、
前記軸方向当接面は、前記コイルエンド部の外周面側に連通する第1の冷却風通路を備
え、
前記内周当接面は、前記第1の冷却風通路に連通し且つ前記固定子コアの外周面側で前
記固定子コアの半径方向に開口する第２の冷却風通路を備える、
ことを特徴とする車両用交流発電機。
前記固定子コアの軸方向の端面とこの軸方向の端面に対向する前記第１の冷却風通路の壁面との間の距離は、前記固定子コアの軸方向の端面と前記排気口の軸方向の壁面との間の距離以下に設定されていることを特徴とする請求項1又は５に記載の車両用交流発電機
。
前記固定子コアの軸方向の端面と前記排気口の軸方向の壁面との間の距離は、前記固定子コアの軸方向の端面と前記コイルエンド部の軸方向の端面との間の距離以下に設定されていることを特徴とする請求項1又は５に記載の車両用交流発電機。
前記固定子コアの軸方向の端面とこの軸方向の端面に対向する前記冷却風通路の壁面との間の距離は、前記コイルエンド部の外周面と前記ケースの内周面との間の距離よりも大きく設定されていることを特徴とする請求項1又は５に記載の車両用交流発電機。
前記固定子コイルは、前記スロットの深さ方向に配列された複数個のコイル導体により構成され、前記夫々のスロットの開口部から前記軸方向に突出した前記複数個のコイル導体は、前記スロットの深さ方向に延びるコイル根元部分列を構成し、隣接する前記コイル根元部分列の間に、前記固定子コアの軸方向の端面に沿って前記スロットの深さ方向に延びるコア端面空間部が形成されていることを特徴とする請求項1又は５に記載の車両用交
流発電機。
前記コア端面空間部は、前記第１の冷却風通路のコイルエンド側の開口に対向して配置されていることを特徴とする請求項９に記載の車両用交流発電機。
前記冷却ファンの半径方向に排出された冷却風は、前記コイルエンド部の軸方向の端面を経由して前記ケースの前記排気口から前記ケースの外部へ流出する第１の流路と、前記コイルエンド部の前記軸方向の端面及び外周面を経由して前記第１の冷却風通路と前記第２の冷却風通路とを介して前記ケースの外部へ流出する第２の流路と、前記コア端面空間部を経由して前記第１の冷却風通路と前記第２の冷却風通路とを介して前記ケースの外部へ流出する第３の流路とに分流することを特徴とする請求項９に記載の車両用交流発電機。
前記第２の冷却風通路は、前記複数個の通しボルトの相互間に少なくとも１個設けられていることを特徴とする請求項1又は５に記載の車両用交流発電機。