JP5327550B2

JP5327550B2 - 車両用回転電機

Info

Publication number: JP5327550B2
Application number: JP2010163726A
Authority: JP
Inventors: 隆文柘植
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2010-07-21
Filing date: 2010-07-21
Publication date: 2013-10-30
Anticipated expiration: 2030-07-21
Also published as: JP2012029392A; US20120019084A1; DE102011051916A1; US8933599B2

Description

本発明は、乗用車やトラック等に搭載される車両用回転電機、例えば車両用交流発電機に関する。

従来から、エンジン後方からの冷却空気流の吸入を回避して搭載半導体素子の冷却性を改善するとともに、流体損失増大を抑止して冷却空気流の流量確保を図った車両用交流発電機の冷却空気流路構造が知られている（例えば、特許文献１参照。）。この車両用交流発電機では、第１リアカバーの後部に第２リアカバーを取り付け、さらに第２リアカバーの側方に吸気ダクトが取り付けられており、吸気ダクトを通して第２リアカバー内に冷却空気流が取り込まれるようになっている。

特開２００８−４３０４１号公報（第６−１１頁、図１−１１）

ところで、特許文献１に開示された冷却空気流路構造では、吸気ダクトを通して導入された冷却空気流が第２リアカバーの側方から流れ込むため、冷却空気流は、吸気ダクトの出口付近から第１リアカバー内に取り込まれることになり、吸気ダクトの出口から遠い領域に配置された整流装置まで届きにくく、冷却効率が悪いという問題があった。

また、第１リアカバーと第２リアカバーが備わっているため、第２リアカバー内に取り込まれた冷却空気流の流れが一旦第１リアカバーで止められてしまい、通風抵抗が大きくなるので冷却風量が減少するという問題があった。また、第１リアカバーの後部に取り付けられた第２リアカバーは、固定用の座面が、フレームのステーを除く部分の外形より大きい位置に設けられるため、フレームもこの座面に対応するように外形側に突出する部分が必要になり、部分的に外郭寸法が大きくなって搭載性が悪化するという問題があった。さらに、一般的な車両用交流発電機に備わっている第１リアカバーの他に第２リアカバーが必要になり、部品点数が増加し、これに伴って組付工数や部品コストが増すという問題があった。

本発明は、このような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、吸気ダクトが接続可能であって通風抵抗が小さく、冷却効率が良好な車両用交流発電機を提供することにある。また、本発明の他の目的は、外郭寸法の増加を抑えて搭載性を向上させることができる車両用交流発電機を提供することにある。さらに、本発明の他の目的は、部品点数の削減によって組付工数や部品コストを低減するとともに、信頼性を向上させることができる車両用回転電機を提供することにある。

上述した課題を解決するために、本発明の車両交流用発電機は、固定子巻線が巻装される固定子と、固定子の内周側に対向配置される回転子と、固定子巻線に誘起する交流電圧を直流に変換する整流装置と、整流装置を覆う保護カバーとを備える車両用交流発電機において、保護カバーは、回転子の回転軸に対して径方向の側方外側に突出して先端部に吸気ダクトが取り付けられる吸気ダクト接続部を有し、吸気ダクト接続部には、整流装置から回転軸に対して軸方向の後方に遠ざかる方向に沿って内部空間を複数に分割する分割壁
が形成されている。また、分割壁の端部を保護カバーの外周よりも内側に突出させることにより、分割壁の後方に取り込まれた冷却風を、保護カバーの内部空間であって吸気ダクトから遠い領域に導いている。特に、上述した分割壁は、吸気ダクト接続部の先端開口部から内側に向かって延在している。

このような分割壁を設けることにより、吸気ダクトから取り込まれた冷却風を、内部空間に誘導することができるため、保護カバーに覆われた整流装置等の全体に冷却風を当てることが可能になり、冷却効率を向上させることができる。

また、上述した保護カバーは、周壁部より内径側の複数箇所に配置された複数の固定座面を有することが望ましい。これにより、吸気ダクトを取り付け可能な保護カバーを用いた場合であっても外郭寸法の増大を招くことがなく、良好な搭載性を確保することができる。

また、上述した保護カバーの内部空間において、吸気ダクトの内部と整流装置の周囲空間とが他の部材を介することなく連通している。吸気ダクトから保護カバーの内部空間に導入された冷却風を直接整流装置等に当てることができるため、間に別のリアカバー等が存在する場合に比べて通風抵抗を低減することができ、冷却風量を増やすことができるため、冷却効率をさらに上げることができる。また、部品点数を減らすことができるので、組み付け項数の低減を含めた、コスト低減が可能となる。

また、並列した複数の分割壁が形成されていることが望ましい。これにより、吸気ダクト接続部を含む保護カバー全体の剛性を高めることができ、振動に対して信頼性を向上させることができる。

また、複数の分割壁のそれぞれは、整流装置から遠ざかるにつれて、吸気ダクト接続部の先端開口部から内側に深く延在していることが望ましい。これにより、整流装置等の全体にさらに均一に近い状態で冷却風を導くことができ、冷却効率をさらに上げることができる。

また、上述した保護カバーは、吸気ダクトから分割壁に沿って導入された冷却風の流れを誘導するガイド部を有することが望ましい。これにより、整流装置等の高温部を優先的に冷却することができ、冷却性をさらに向上させることができる。

また、回転子はベルトを介してプーリに車両エンジンからの回転力が伝えられ、プーリは回転力の方向にのみ駆動力を伝える一方向クラッチ機構を有することが望ましい。これにより、通常の中実プーリに比べて、ロータの平均回転数が増えるため、冷却風の取り込み量が増え、冷却性をさらに向上させることができる。

一実施形態の車両用交流発電機の全体構成を示す図である。車両用交流発電機を後方から見た斜視図である。リアカバーの断面図である。リアカバーの裏面図である。リアカバーの平面図である。リアカバーの斜視図である。リアカバーの変形例を示す断面図である。ガイド部を追加したリアカバーの変形例を示す裏面図である。ガイド部を追加したリアカバーの斜視図である。整流装置をリアカバーから見た正面図である。

以下、本発明を適用した一実施形態の車両用交流発電機について、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、一実施形態の車両用交流発電機の全体構成を示す図であり、吸気ダクトが接続された状態が示されている。図１に示す車両用交流発電機１００は、フロント側フレーム１、リア側フレーム２、固定子４、回転子１０、整流装置２４、電圧制御装置２５、ブラシ装置２６、リアカバー２７等を含んで構成されている。

フロント側フレーム１およびリア側フレーム２は、共に椀形状を有しており、これらの開口部同士を対向させた状態で、複数本のボルト３によって相互に固定されている。フロント側フレーム１の内周には固定子４が固定されている。また、フロント側フレーム１には円筒状のベアリングボックス７が一体に形成されており、リア側フレーム２には鉄製のベアリングボックス８がローレットを有するボルト９によって取り付けられている。

固定子４は、固定子鉄心５および固定子巻線６を備えている。回転子１０は、界磁巻線１１、ポールコア１２、１３、回転軸１４等を備えており、ベアリングボックス７、８に固定される一対のベアリング１５、１６により回転自在に保持されている。ポールコア１２、１３の軸方向端面には、遠心型の冷却ファン１７、１８が取り付けられている。フロント側の冷却ファン１７は、界磁巻線１１への冷却風を生成するために、ブレードが回転子１０の回転方向に対して前傾させた斜流式になっている。また、回転軸１４の前端にはプーリ１９が取り付けられており、図示しない車両エンジンにより回転駆動される。さらに、リア側フレーム２の外側に位置する回転軸１４の後端には、一対のスリップリング２１、２２が設けられており、界磁巻線１１に電気的に接続されている。

整流装置２４、電圧制御装置２５、ブラシ装置２６等のいわゆる電気部品は、リア側フレーム２の外側の軸方向端面に、ボルト９等の固定手段によって固定されている。整流装置２４は、例えば三相の固定子巻線６の出力電圧である三相交流電圧を整流して直流の出力電圧に変換する。この整流装置２４は、図１０に示すように、リア側フレーム２の外側の軸方向端面において、電圧制御装置２５およびブラシ装置２６を除く広い範囲にわたって放熱板２４１、２４２が配置されており、この放熱板２４１、２４２に複数の整流素子２４３、２４４が圧入等により取り付けられている。電圧制御装置２５は、界磁巻線１１に流れる励磁電流を調整することにより、車両用交流発電機１００の出力電圧を制御する。ブラシ装置２６は、整流装置２４から回転子１０の界磁巻線１１に励磁電流を流すためのものであり、回転子１０の回転軸１４に形成されたスリップリング２１、２２のそれぞれに押圧するブラシが備わっている。

リアカバー２７は、樹脂製の外殻部としての保護カバーであって、リア側フレーム２の外側に取り付けられる整流装置２４、電圧制御装置２５、ブラシ装置２６等の電気部品を覆ってこれらを保護する。このリアカバー２７は、ナット２８によってリア側フレーム２から延びるボルト９に整流装置２４の取り付け穴２４５を貫通させて挟み込んだ状態で締め付け固定するための固定座面３０（３箇所、後述する）を有している。これらの固定座面３０は、リアカバー２７の周壁部よりも内径側に配置されている。リアカバー２７の詳細については後述する。

上述した構造を有する車両用交流発電機１００は、ベルト等を介してプーリ１９に車両エンジンからの回転力が伝えられると回転子１０が所定方向に回転する。この状態で回転子１０の界磁巻線１１に外部から励磁電圧を印加することにより、ポールコア１２、１３のそれぞれの爪部が励磁され、固定子巻線６に三相交流電圧を発生させることができ、整流装置２４に設けられた出力端子２４６からは所定の直流電流が取り出される。なお、プーリ１９は、エンジンからの回転力の方向にのみ駆動力を伝える一方向クラッチ機構を内部に持つ。

本実施形態の車両用交流発電機１００はこのような構成を有しており、次に、リアカバー２７とこのリアカバー２７を用いた冷却構造について詳細に説明する。

図２は、車両用交流発電機１００を後方から見た斜視図である。また、図３はリアカバー２７の断面図である。図４は、リアカバー２７の裏面図であり、図３のＰ方向から見た形状が示されている。図５は、リアカバー２７の平面図であり、図３のＱ方向から見た形状が示されている。図６は、リアカバー２７の斜視図である。

これらの図に示すように、リアカバー２７は、整流装置２４等の電気部品の外周に位置する周壁部３１と、周壁部３１で包囲された底面部分を傾斜させつつ一方向に突出させた吸気ダクト接続部３２とを有する。この吸気ダクト接続部３２の先端部には、図１に示すように、吸気ダクト２００が取り付けられる。

吸気ダクト接続部３２は、先端部分の断面が矩形形状を有して径方向に突出しており、その先端開口部から内側に向かって周壁部３１より内径側まで延在する分割壁３３を有する。この分割壁３３によって、整流装置２４から後方に遠ざかる方向に沿って、吸気ダクト接続部３２の内部空間を複数に分割している。例えば、図１等に示すように、１枚の分割壁３３が備わっている場合には、吸気ダクト接続部３２の先端部分の内部空間が２分割される。

図１に示すように、このリアカバー２７の先端部分の内部空間では、吸気ダクト２００の内部と、整流装置２４等の電気部品の周辺空間とが、他の部材を介することなく連通している。回転子１０とともにリア側の冷却ファン１８が回転すると、冷却ファン１８の後方に負圧が生じ、吸気ダクト２００を介してリアカバー２７の吸気ダクト接続部３２に冷却風が取り込まれる。吸気ダクト接続部３２の内部は分割壁３３によって仕切られているため、分割壁３３の前方（整流装置２４等に近い側）に取り込まれた冷却風は吸気ダクト２００に近い領域に導かれ（この冷却風の誘導経路が図１においてＡが付された矢印で示されている）、分割壁３３の後方（整流装置２４等から遠い側）に取り込まれた冷却風は吸気ダクト２００から遠い領域に導かれる（この冷却風の誘導経路が図１においてＢが付された矢印で示されている）。また、これらの冷却風は、他の部材を介することなく電気部品に向けて直接誘導される。

このように、本実施形態の車両用交流発電機１００では、リアカバー２７の吸気ダクト接続部３２内に分割壁３３を設けることにより、吸気ダクト２００から取り込まれた冷却風を、内部空間に誘導することができるため、リアカバー２７に覆われた整流装置２４等の電気部品全体に冷却風を当てることが可能になり、冷却効率を向上させることができる。

リアカバー２７は、周壁部３１より内径側の複数箇所（３箇所）に配置された複数の固定座面３０を有しているため、吸気ダクト２００を取り付け可能なリアカバー２７を用いた場合であってもその取り付け用に周壁部３１の外径側に突出する部分が不要になり、外郭寸法の増大を招くことがなく、良好な搭載性を確保することができる。

また、リアカバー２７の内部空間において、吸気ダクト２００の内部と整流装置２４等の電気部品の周囲空間とが、他の部材を介することなく連通しているため、吸気ダクト２００からリアカバー２７の内部空間に導入された冷却風を直接整流装置２４等の電気部品に当てることができるため、間に別のリアカバー等が存在する場合に比べて通風抵抗を低減することができ、冷却効率をさらに上げることができる。

ところで、上述したリアカバー２７では、吸気ダクト接続部３２の内部空間を２分割する１枚の分割壁３３が設けられていたが、この分割壁３３は２枚以上を設けるようにしてもよい。図７は、リアカバーの変形例を示す断面図である。図７に示すリアカバー２７Ａには、吸気ダクト接続部３２の先端部分の内部空間を４分割する３枚の分割壁３３Ａ、３３Ｂ、３３Ｃが備わっている。分割壁の数を増やすことにより、吸気ダクト接続部３２を含むリアカバー２７Ａ全体の剛性を高めることができ、振動に対して信頼性を向上させることができる。

また、整流装置２４等の電気部品に近い側から分割壁３３Ａ、３３Ｂ、３３Ｃの順番に配置されており、分割壁３３Ａ、３３Ｂ、３３Ｃのそれぞれは、整流装置２４等の電気部品から遠ざかるにつれて、吸気ダクト接続部３２の先端開口部から内側に深く延在している。すなわち、最も整流装置２４等に近い分割壁３３Ａよりも、次に近い分割壁３３Ｂの方がその先端がリアカバー２７Ａの内部空間の奥まで延在し、最も離れた分割壁３３Ｃの先端がリアカバー２７Ａの内部空間の最も深い位置まで延在している。このように、分割壁３３Ａ、３３Ｂ、３３Ｃのそれぞれの奥行き寸法を電気部品から遠ざかるにつれて長くすることにより、整流装置２４等の電気部品全体に均一に近い状態で冷却風を導くことができ、冷却効率をさらに上げることができる。

また、上述したリアカバー２７、２７Ａでは、吸気ダクト接続部３２の先端開口部から内部に冷却風を取り込む際に、電気部品全体にできるだけ均一に冷却風を導くために１枚あるいは複数枚の分割壁３３等を用いたが、整流装置２４等の温度分布は不均一であり、高温部と低温部（非高温部）が混在するため、高温部に積極的に冷却風を集中することが望ましい。一般に、放熱板よりも発熱体である整流素子の方が温度が高く、複数の整流素子の間でも温度差がある。このために、リアカバー２７等に、さらに、吸気ダクト３２から分割壁３３等に沿って導入された冷却風の流れを誘導するガイド部を追加するようにしてもよい。

図８は、ガイド部を追加したリアカバーの変形例を示す裏面図である。図９は、ガイド部を追加したリアカバーの斜視図である。図８および図９に示すリアカバー２７Ｂでは、吸気ダクト接続部３２の先端部分の内部空間を分割する２枚の分割壁３３Ｄ、３３Ｅが備わっているとともに、回転軸１４と平行な面を有する２枚のガイド部３４Ａ、３４Ｂが追加されている。これらのガイド部３４Ａ、３４Ｂは、吸気ダクト接続部３２内において分割壁３３Ｄ、３３Ｅに沿って誘導された冷却風を高温部に集中させるためのものであり、例えば図８においてＧ、Ｈで示された領域が整流装置２４の高温部に対応する領域である場合を想定している。また、高温部に冷却風を導く場合には、ガイド部３４Ａ、３４Ｂを追加するだけでなく、これらのガイド部３４Ａ、３４Ｂまで冷却風を導く分割壁３３Ｄ、３３Ｅの形状も工夫することが望ましい。このように、ガイド部３４Ａ、３４Ｂを追加することにより、整流装置２４等の高温部を優先的に冷却することができ、冷却性をさらに向上させることができる。

さらに、プーリ１９はエンジンからの回転力の方向にのみ駆動力を伝える一方向クラッチ機構を持つ。これにより、プーリ１９の回転数が回転子１０の回転数より低い場合はクラッチが切り離されて、回転子１０の回転数が高いままとなり、通常の中実プーリに比べて平均回転数が増えるため、冷却風の取り込み量が増え、冷却性をさらに向上させることができる。

なお、本発明は、車両用交流発電機１００を実施形態として記載したが、これに限らず、整流装置に用いる整流素子を整流機能だけでなくスイッチング機能を持つ素子とし、電動機としても作動することができる電動発電機などの車両用回転電機に適用してもよい。この場合も、同様の効果を得ることができる。

上述したように、本発明によれば、分割壁３３等を設けることにより、吸気ダクト２００から取り込まれた冷却風を内部空間に誘導することができるため、リアカバー２７等に覆われた整流装置２４等の電気部品全体に冷却風を当てることが可能になり、冷却効率を向上させることができる。

１フロント側フレーム
２リア側フレーム
４固定子
１０回転子
２４整流装置
２５電圧制御装置
２６ブラシ装置
２７、２７Ａ、２７Ｂリアカバー
３０固定座面
３１周壁部
３２吸気ダクト接続部
３３、３３Ａ、３３Ｂ、３３Ｃ、３３Ｄ、３３Ｅ分割壁
３４Ａ、３４Ｂガイド部

Claims

固定子巻線が巻装される固定子と、前記固定子の内周側に対向配置される回転子と、前記固定子巻線に誘起する交流電圧を直流に変換する整流装置と、前記整流装置を覆う保護カバーとを備える車両用回転電機において、
前記保護カバーは、前記回転子の回転軸に対して径方向の側方外側に突出して先端部に吸気ダクトが取り付けられる吸気ダクト接続部を有し、
前記吸気ダクト接続部には、前記整流装置から前記回転軸に対して軸方向の後方に遠ざかる方向に沿って内部空間を複数に分割する分割壁が形成されており、
前記分割壁の端部を前記保護カバーの外周よりも内側に突出させることにより、前記分割壁の後方に取り込まれた冷却風を、前記保護カバーの内部空間であって前記吸気ダクトから遠い領域に導くとともに、
前記保護カバーの内部空間において、前記吸気ダクトの内部と前記整流装置の周囲空間とが他の部材を介することなく連通していることを特徴とする車両用回転電機。
請求項１において、
前記分割壁は、前記吸気ダクト接続部の先端開口部から内側に向かって延在していることを特徴とする車両用回転電機。
請求項１または２において、
前記保護カバーは、周壁部より内径側の複数箇所に配置された複数の固定座面を有することを特徴とする車両用回転電機。
請求項１〜３のいずれかにおいて、
並列した複数の前記分割壁が形成されていることを特徴とする車両用回転電機。
請求項４において、
複数の前記分割壁のそれぞれは、前記整流装置から遠ざかるにつれて、前記吸気ダクト接続部の先端開口部から内側に深く延在していることを特徴とする車両用回転電機。
請求項１〜５のいずれかにおいて、
前記保護カバーは、前記吸気ダクトから前記分割壁に沿って導入された冷却風の流れを誘導するガイド部を有することを特徴とする車両用回転電機。
請求項１〜６のいずれかにおいて、
前記回転子は、ベルトを介してプーリに車両エンジンからの回転力が伝えられ、
前記プーリは、前記回転力の方向にのみ駆動力を伝える一方向クラッチ機構を有することを特徴とする車両用回転電機。