JP5751319B2 - 回転電機 - Google Patents

Description

この発明は、例えば、自動車、バス、トラック等の走行車両に搭載される車両用ブラシレス交流発電機等の回転電機に関するものである。

従来、対向した一対のフロントブラケット、リヤブラケットからなるケースと、このケースに固定された固定子と、それぞれのブラケットに軸受を介して両端部が回転自在に支持されたシャフトと、このシャフトに設けられた回転子と、このシャフトに固定された冷却用ファンとを備えたブラシレス回転電機が知られている（例えば、特許文献１）。
この回転電機のフロントブラケットには、冷却用ファンの回転により生じた冷却風が、固定子コイルおよび固定子コアを冷却した後、排気される排気孔が形成されている。

特開２０１１−９７７７７号公報

ここで、上記特許文献に記載された回転電機では、固定子コイルおよび固定子コアを冷却した後に排気孔から排気される冷却風が、冷却用ファンの作用により径方向外側に向かって導かれることになる。
しかしながら、この回転電機ではフロントブラケットの排気孔と冷却用ファンが軸方向に一部対向しているため、排気孔から排気されて遠心方向に導かれた冷却風の一部が、再び排気孔へ押し戻されるため排気効率が悪く、効率的に固定子コイルおよび固定子コアを冷却することができない問題点があった。

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、固定子コイルおよび固定子コアの冷却性を向上させることができる回転電機を提供することを目的とする。

本発明に係る回転電機は、シャフトを支承するフロント及びリヤブラケットからなるケースと、固定子コイルを有するとともに、前記フロント及びリヤブラケット間に狭持される固定子コアと、前記シャフトにおける前記フロントブラケット外部に突出した位置に固定される基部及び前記基部から前記フロントブラケット側に突出して形成されるファンブレードからなる遠心ファンと、を備えた回転電機であって、前記リヤブラケットには、前記固定子コイルおよび前記固定子鉄心に向けて前記遠心ファンの回転により生じた冷却風を前記ケース内部に取り込む吸気孔が形成されるとともに、前記フロントブラケットには、前記固定子コイルおよび前記固定子コアを冷却した冷却風を前記ケース内部から排気する排気孔が形成され、前記排気孔の外径部が、前記ファンブレードの軸方向側端面と軸方向に対向する位置よりも内径側に形成され、前記排気孔における前記フロントブラケット内側端面に形成された内側外径部の径方向寸法Ａと、前記排気孔における前記フロントブラケット外側端面に形成された外側外径部の径方向寸法Ｂと、前記固定子コイルの前記フロントブラケット側のコイルエンドにおける内径部の径方向寸法Ｃと、前記ファンブレードの前記軸方向側端面における内径部の径方向寸法Ｄとが、
Ｃ＜Ａ＜Ｂ＜Ｄ ・・・・・・・・・（２）
上記（２）式を満たすことを特徴とするものである。

本発明に係る回転電機によれば、フロントブラケットの排気孔が、遠心ファンのファンブレードにおける軸方向側端面と軸方向に対向する位置よりも内径側に形成されているため、ファンブレードの軸方向側端面と排気孔とが軸方向に重ならない位置関係となっている。
これにより、排気孔から排気された冷却風を、排気孔へ押し戻されにくくすることができるため、従来よりも排気効率が向上し、効率的に固定子コイルおよび固定子コアを冷却することができる。

この発明の実施の形態１に係る車両用ブラシレス交流発電機を示す断面図である。 図１の車両用ブラシレス交流発電機に係る遠心ファン周辺の拡大断面図である。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係る車両用ブラシレス交流発電機を示す断面図、図２は図１の車両用ブラシレス交流発電機に係る遠心部ファン周辺の拡大断面図である。なお、各図中、同一符号は同一部分を示す。

図１において、この車両用ブラシレス交流発電機は、フロントブラケット１とリヤブラケット２とが通しボルト３により一体化されて構成されたケース４と、このケース４の内周壁に固定された固定子５と、フロントブラケット１に取付けられたフロント軸受６とリヤブラケット２に取付けられたリヤ軸受７とにより両端部がそれぞれ回転自在に支持されたシャフト８と、このシャフト８に設けられた回転子９と、リヤブラケット２に固定され固定子５と電気的に接続され交流出力を直流に変換する整流器１０と、リヤブラケット２に固定され固定子５で生じる交流電圧を所定範囲内に制御するレギュレータ１１と、を備えている。
シャフト８は、フロントブラケット１側が外部に延出しており、この延出部にプーリ１２が固定されている。このプーリ１２とエンジン（図示せず）との間にはベルト（図示せず）が巻き掛けされており、エンジンの駆動によりベルトを介してシャフト８が回転するようになっている。プーリ１２とフロントブラケット１との間には、シャフト８に固定された冷却用ファンである遠心ファン１３が設けられている。

回転子９は、シャフト８に固定され周方向に等分間隔で形成された複数のフロント爪状磁極部１４を有するフロント磁極鉄心１５と、フロント爪状磁極部１４と歯合する複数のリヤ爪状磁極部１６を有するとともにフロント磁極鉄心１５と互いに基端面で面接触したリヤ磁極鉄心１７とを備えている。
また、回転子９は、リヤブラケット２に固定されているとともにリヤ磁極鉄心１７に挿入された円筒形状の励磁コア１８と、この励磁コア１８の小径部に導線が巻回された励磁コイル１９と、フロント爪状磁極部１４の内周面及びリヤ爪状磁極部１６の内周面に溶接やロウ付け等により全周にわたって接合された円環状のリング２０を備えている。
なお、リング２０は非磁性金属で構成されている。
固定子５は、薄板鋼板を積層した円筒形状の固定子コア２１と、この固定子コア２１に巻装され整流器１０と電気的に接続された固定子コイル２２を備えている。

アルミダイカストで形成されたリヤブラケット２は、整流器１０の前面に形成された吸気孔２３、及びレギュレータ１１の前面に形成された吸気孔２３を有しており、遠心ファン１３の作用によってケース４内部に冷却風を取り込み、それぞれ整流器１０、レギュレータ１１を冷却することができるように構成されている。
一方、アルミダイカストで形成されたフロントブラケット１には、ケース４内部に取り込んだ冷却風を排気するための複数の排気孔２４が形成されているが、図１ではその一部の箇所のみを示している。
なお、本実施の形態では、フロントブラケット１の排気孔２４は、図２に示すようにフロントブラケット１の内側端面に形成された内側外径部２５の径方向寸法よりもフロントブラケット１の外側端面に形成された外側外径部２６の径方向寸法の方が大きくなるように、フロントブラケット１の内側から外側に向かって拡径して形成されている。
言い換えると、排気孔２４における内側外径部２５の径方向寸法をＡとし、外側外径部２６の径方向寸法をＢとした場合に、
Ａ＜Ｂ ・・・・・・・・・（１）
上記（１）式を満たすように形成されている。

遠心ファン１３は、図１に示す様に、複数枚のファンブレード２７と、この複数枚のファンブレード２７を連結する基部２８とで構成されており、この基部２８がフロントブラケット１とプーリ１２の間で、シャフト８に固定されている。すなわち、遠心ファン１３はシャフト８におけるフロントブラケット１外部に突出した位置に固定されていることになる。
なお、ファンブレード２７の内径側側面２９は、軸方向側端面３０から基部２８に向かうにしたがって内径側へ傾斜するテーパ形状をなしている。

次に、本発明の特徴部分であるフロントブラケット１に形成された排気孔２４の位置について説明する。
図２に示すように、排気孔２４の外側外径部２６は、遠心ファン１３のファンブレード２７における軸方向側端面３０と軸方向に対向する位置よりも内径側に形成されている。
言い換えると、軸方向から車両用ブラシレス交流発電機を見た場合に、ファンブレード２７の軸方向側端面３０が径方向外側に位置し、排気孔２４の外側外径部２６が径方向内側になるように配置され、ファンブレード２７の軸方向側端面３０と排気孔２４とが軸方向に重ならない位置関係となっている。
また、本実施の形態では、フロントブラケット１の排気孔２４の外径部がフロントブラケット１の内側から外側に向かって拡大して形成されているため、排気孔２４の内側外径部２５は、遠心ファン１３のファンブレード２７における軸方向側端面３０と軸方向に対向する位置よりも内径側に形成されることは言うまでもない。

さらに、図２を用いて、固定子コイル２２のフロントブラケット１側のコイルエンドにおける内径部３１と、排気孔２４の内側外径部２５との位置関係について説明する。
まず、図２に示すように、固定子コイル２２のフロントブラケット１側のコイルエンドにおける内径部３１の径方向寸法をＣとし、遠心ファン１３のファンブレード２７の軸方向側端面３０における内径部３２の径方向寸法をＤと定義する。

本実施の形態では、排気孔２４の外側外径部２６の径方向寸法Ｂは、ファンブレード２７における軸方向側端面３０の内径部３２の径方向寸法Ｄよりも小さく設定されている。
一方、排気孔２４の内側外径部２５の径方向寸法Ａは、固定子コイル２２のフロントブラケット１側のコイルエンドにおける内径部３１の径方向寸法Ｃよりも大きく設定されている。
これらをまとめると、
Ｃ＜Ａ＜Ｂ＜Ｄ ・・・・・・・・・（２）
上記（２）式を満たすように形成されている。

上記のように構成された車両用ブラシレス交流発電機では、電流がバッテリ（図示せず）から、リヤブラケット２に励磁コア１８を介して固定された励磁コイル１９に供給され、磁束が発生する。この磁束により、フロント爪状磁極部１４がＮ極に着磁され、リヤ爪状磁極部１６がＳ極に着磁される。
一方、プーリ１２がエンジンによって駆動され、シャフト８が回転する。これにより、回転子９のフロント磁極鉄心１５及びリヤ磁極鉄心１７が回転し、回転磁界が固定子コア２１に与えられ、起電力が固定子コイル２２に発生する。この交流の起電力が整流器１０によって直流に整流され、バッテリに充電される。

一方、シャフト８の回転とともに遠心ファン１３が回転し、この結果、整流器１０側に形成された通気孔２３から入って冷却風は、矢印に示すように、主に整流器１０、固定子５（固定子コア２１、固定子コイル２２）と回転子９との間の隙間を通って排気孔２４からケース４外部に排気される。
また、レギュレータ１１側に形成された通気孔２３から入って冷却風も、主にレギュレータ１１、固定子５（固定子コア２１、固定子コイル２２）と回転子９との間の隙間を通って、同様に排気孔（図示せず）からケース４外部に排気される。

この実施の形態による車両用ブラシレス交流発電機によれば、フロントブラケット１の排気孔２４の外側外径部２６は、遠心ファン１３のファンブレード２７における軸方向側端面３０と軸方向に対向する位置よりも内径側に形成されているため、ファンブレード２７の軸方向側端面３０と排気孔２４とが軸方向に重ならない位置関係となっている。
排気孔２４から排気された後に排気孔２４へ押し戻される冷却風の多くは、ファンブレード２７における軸方向の基部２９側ではなく軸方向側端面３０付近を通過する冷却風である。
このため、少なくともファンブレード２７の軸方向側端面３０と排気孔２４とが軸方向に重ならない位置関係とすることで、排気孔２４から排気された冷却風を排気孔２４へ押し戻されにくくすることができる。したがって、従来よりも排気効率が向上するため排気量を増加させることができる。このことは、吸気孔２３から取り入れる吸気量も増加することにつながるので、ケース４内を流れる冷却風の風量が増加し、従来よりも効率的に固定子コイル２２および固定子コア２１を冷却することができる。
さらには、ケース４内を流れる冷却風の風量が増加することにより、ケース４内を流れる冷却風の通り道に存在する内部部品（例えば、整流器１０やレギュレータ１１、またはフロント軸受６やリヤ軸受７、あるいは励磁コア１８や励磁コイル１９など）の冷却効率も向上させることができるので、車両用ブラシレス交流発電機の出力も向上させることができる。加えて、ファンブレード２７の軸方向側端面３０と排気孔２４とが軸方向に重ならない位置関係とすることで、冷却風が排気孔２４を通過する際に発生していた騒音の次数成分が分解され、騒音を低減させることができる。

また、本実施の形態では、ファンブレード２７の軸方向側端面３０と排気孔２４とが軸方向に重ならない位置関係として、排気孔２４の外側外径部２６の径方向寸法Ｂが、ファンブレード２７における軸方向側端面３０の内径部３２の径方向寸法Ｄよりも小さく設定されているとしたが、これに限られず、ファンブレード２７の軸方向側端面３０の内径部３２の径方向寸法Ｄと、排気孔２４の外側外径部２６の径方向寸法Ｂとが同一である場合も、排気孔２４から排気された冷却風を排気孔２４へ押し戻されにくくすることができるため、上述の効果を奏する。

さらに、本実施の形態による車両用ブラシレス交流発電機によれば、排気孔２４における内側外径部２５の径方向寸法Ａと、外側外径部２６の径方向寸法Ｂとが、
Ａ＜Ｂ ・・・・・・・・・（１）
上記（１）式を満たすように形成されている。
このため、冷却風が排気孔２４を通過している最中に径方向外側に曲げられる役割を果たすため、遠心ファン１３のファンブレード２７が冷却風を径方向外側に押し出す働きを助長することができ、排気効率をさらに向上させることができるので、効率的に固定子コイル２２および固定子コア２１を冷却することができる。

上記に加えて、本実施の形態による車両用ブラシレス交流発電機によれば、排気孔２４の外側外径部２６の径方向寸法Ｂが、ファンブレード２７における軸方向側端面３０の内径部３２の径方向寸法Ｄよりも小さく設定され、排気孔２４の内側外径部２５の径方向寸法Ａが、固定子コイル２２のフロントブラケット１側のコイルエンドにおける内径部３１の径方向寸法Ｃよりも大きく設定されることで、
Ｃ＜Ａ＜Ｂ＜Ｄ ・・・・・・・・・（２）
上記（２）式を満たすように形成されている。
これにより、冷却風が、固定子コイル２２のフロントブラケット１側のコイルエンド、排気孔２４およびファンブレード２７を通過している最中に径方向外側に曲げられる役割を果たすため、遠心ファン１３のファンブレード２７が冷却風を径方向外側に押し出す働きを助長することができ、排気効率をさらに向上させることができるので、効率的に固定子コイル２２および固定子コア２１を冷却することができる。

また、本実施の形態による車両用ブラシレス交流発電機によれば、ファンブレード２７の内径側側面２９が、軸方向側端面３０から基部２８に向かうにしたがって内径側へ傾斜するテーパ形状をなしている。
排気孔２４から排気された冷却風は、遠心ファン１３の作用により遠心方向の力を急激に受けて、車両用ブラシレス交流発電機の外部へ排気される。この時、ファンブレード２７が冷却風を受ける面積が大きければ排気効率が向上するため、ファンブレード２７における軸方向側端面３０の径方向位置を変えることなく、冷却風を効率的に車両用ブラシレス交流発電機の外部へ排気することができるので、排気効率がさらに向上し、効率的に固定子コイル２２および固定子コア２１を冷却することができる。

なお、排気孔２４の内側外径部２５、排気孔２４の外側外径部２６、固定子コイル２２のフロントブラケット１側のコイルエンドにおける内径部３１およびファンブレード２７の軸方向側端面３０における内径部３２は、それぞれ円弧形状に限られず、あくまでもシャフト８の軸心に対する半径方向の位置を示しているに過ぎない。

また、上記実施の形態では、遠心ファン１３によって発生する冷却風は、リヤブラケット２の通気孔２３からケース４内部に入り、整流器１０やレギュレータ１１を冷却したのち、固定子５（固定子コア２１、固定子コイル２２）と回転子９との間の隙間を通って排気孔２４からケース４外部に排気されるとしたが、これに限られず、整流器１０やレギュレータ１１を冷却する冷却風の通路と、固定子コア２１や固定子コイル２２を冷却する冷却風の通路を分けて構成してもよい。
この場合は、整流器１０やレギュレータ１１を冷却して暖められた冷却風で固定子コア２１や固定子コイル２２を冷却することがないので、固定子コア２１や固定子コイル２２の冷却効率が向上する。

なお、上記実施の形態では、回転電機として、車両用ブラシレス交流発電機の場合について説明したが、これに限られるものではなく、遠心ファンがケース外部に設けられている回転電機全般に適用できる。

１ フロントブラケット、２ リヤブラケット、４ ケース、８ シャフト、１３ 遠心ファン、２１ 固定子コア、２２ 固定子コイル、２３ 吸気孔、２４ 排気孔、２５ 排気孔の内側外径部、２６ 排気孔の外側外径部、２７ ファンブレード、２８ 基部、２９ ファンブレードの内径側側面、３０ ファンブレードの軸方向側端面、３１ 固定子コイルのコイルエンドにおける内径部、３２ ファンブレードの軸方向側端面の内径部。

Claims (3)

1. シャフトを支承するフロント及びリヤブラケットからなるケースと、
   固定子コイルを有するとともに、前記フロント及びリヤブラケット間に狭持される固定子コアと、
   前記シャフトにおける前記フロントブラケット外部に突出した位置に固定される基部及び前記基部から前記フロントブラケット側に突出して形成されるファンブレードからなる遠心ファンと、を備えた回転電機であって、
   前記リヤブラケットには、前記固定子コイルおよび前記固定子鉄心に向けて前記遠心ファンの回転により生じた冷却風を前記ケース内部に取り込む吸気孔が形成されるとともに、
   前記フロントブラケットには、前記固定子コイルおよび前記固定子コアを冷却した冷却風を前記ケース内部から排気する排気孔が形成され、
   前記排気孔の外径部が、前記ファンブレードの軸方向側端面と軸方向に対向する位置よりも内径側に形成され、
   前記排気孔における前記フロントブラケット内側端面に形成された内側外径部の径方向寸法Ａと、前記排気孔における前記フロントブラケット外側端面に形成された外側外径部の径方向寸法Ｂと、前記固定子コイルの前記フロントブラケット側のコイルエンドにおける内径部の径方向寸法Ｃと、前記ファンブレードの前記軸方向側端面における内径部の径方向寸法Ｄとが、
   Ｃ＜Ａ＜Ｂ＜Ｄ ・・・・・・・・・（２）
   上記（２）式を満たすことを特徴とする回転電機。
2. 前記ファンブレードの内径側側面は、前記軸方向側端面から前記基部に向かうにしたがって内径側へ傾斜するテーパ形状をなしていることを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
3. 前記回転電機は、車両用ブラシレス交流発電機であることを特徴とする請求項１または２に記載の回転電機。

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