JP7135138B2

JP7135138B2 - 回転電機

Info

Publication number: JP7135138B2
Application number: JP2021026055A
Authority: JP
Inventors: 翔太森川; 浩之東野; 潤田原; 星矢渡邊; 義信内海; 利昭柏原
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2021-02-22
Filing date: 2021-02-22
Publication date: 2022-09-12
Anticipated expiration: 2041-02-22
Also published as: JP2022127849A

Description

本開示は、回転電機に関するものである。

従来の車両用交流発電機では、冷却ファンの外側にフロント側ハウジングが配置されている。フロント側ハウジングには、複数の主スポークと、複数の補助スポークと、複数の斜行スポークとが設けられている。隣り合う主スポークと斜行スポークとの間、及び隣り合う補助スポークと斜行スポークとの間には、それぞれ吸入窓が設けられている（例えば、特許文献１参照）。

特開平１１－３３２１７８号公報

上記のような従来の車両用交流発電機では、各斜行スポークの傾斜角度が大きい場合、又は各吸入窓が大きい場合に、フロント側ハウジングの強度が低下する恐れがある。

本開示は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、ケーシングの強度の低下を抑制することができる回転電機を得ることを目的とする。

本開示に係る回転電機は、固定子、回転中心を中心として固定子に対して回転する回転子、回転子に設けられており、回転子とともに回転する冷却ファン、及び冷却ファンに対向している対向部を有しているケーシングを備え、対向部は、回転中心を中心とする円環状の内周部と、内周部との間に間隔をおいて内周部を囲んでいる円環状の外周部と、内周部と外周部との間に、回転中心を中心とする円に沿って設けられている周方向リブと、周方向リブと内周部との間を繋いでいる複数の内側リブと、周方向リブと外周部との間を繋いでいる複数の外側リブとを有しており、対向部における内周部と外周部との間には、周方向リブと、複数の内側リブと、複数の外側リブとによって仕切られている複数の吸気口が設けられている。

本開示の回転電機によれば、ケーシングの強度の低下を抑制することができる。

実施の形態１による回転電機の断面図である。図１のフロントケーシング及びフロント冷却ファンを回転中心に沿って見た正面図である。実施の形態２による回転電機のフロントケーシング及びフロント冷却ファンを回転中心に沿って見た正面図である。実施の形態３による回転電機のフロントケーシング及びフロント冷却ファンを回転中心に沿って見た正面図である。内側リブ及び外側リブによる空気流の変化を模式的に示す説明図である。実施の形態４による回転電機のフロントケーシング及びフロント冷却ファンを回転中心に沿って見た正面図である。実施の形態５による回転電機のフロントケーシング及びフロント冷却ファンを回転中心に沿って見た正面図である。

以下、実施の形態について、図面を参照して説明する。
実施の形態１．
図１は、実施の形態１による回転電機の断面図である。実施の形態１の回転電機は、例えば、車両用交流発電機である。車両用交流発電機は、図示しない車載バッテリの充電、及び図示しない車載電気装置への電力供給に用いられる。

回転電機は、駆動部５０と、インバータ部５１とを有している。駆動部５０は、回転軸１、円筒状の回転子２、円筒状の固定子３、フロントケーシング４、リヤケーシング５、第１軸受６、第２軸受７、プーリ８、フロント冷却ファン９、及びリヤ冷却ファン１０を有している。

回転軸１は、回転子２を貫通している。回転子２は、回転軸１の軸心である回転中心Ｃを中心として、回転軸１とともに回転する。また、回転子２は、界磁鉄心１１と、界磁巻線１２とを有している。界磁鉄心１１は、回転軸１に固定されている。界磁巻線１２は、界磁鉄心１１に巻かれている。

固定子３は、回転子２の外周面との間に隙間を介して、回転子２を囲んでいる。また、固定子３は、円筒状の固定子鉄心１３と、固定子巻線１４とを有している。固定子巻線１４は、固定子鉄心１３に巻かれている。

フロントケーシング４及びリヤケーシング５は、固定子３に対して固定されている。フロントケーシング４は、駆動部５０の軸方向の第１端部に配置されている。リヤケーシング５は、駆動部５０の軸方向の第２端部に配置されている。駆動部５０の軸方向は、回転中心Ｃに沿う方向であり、図１の左右方向である。

回転子２及び固定子３は、フロントケーシング４とリヤケーシング５との間に収容されている。インバータ部５１は、リヤケーシング５に取り付けられている。

第１軸受６は、フロントケーシング４に保持されている。第２軸受７は、リヤケーシング５に保持されている。回転軸１は、第１軸受６及び第２軸受７を介して、フロントケーシング４及びリヤケーシング５に回転可能に支持されている。

回転軸１は、フロントケーシング４を貫通しており、フロントケーシング４から回転子２とは反対側へ突出している。プーリ８は、回転軸１におけるフロントケーシング４から突出した部分に固定されている。

プーリ８は、図示しないベルトを介して、図示しない内燃機関に接続される。これにより、回転電機は、内燃機関と双方向にトルクを授受する。

フロント冷却ファン９及びリヤ冷却ファン１０は、回転子２に設けられている。また、フロント冷却ファン９及びリヤ冷却ファン１０は、回転子２とともに回転して、冷却風を発生させる。

フロント冷却ファン９は、駆動部５０の軸方向における界磁鉄心１１の端面であって、フロントケーシング４側の端面に固定されている。リヤ冷却ファン１０は、駆動部５０の軸方向における界磁鉄心１１の端面であって、リヤケーシング５側の端面に固定されている。

図２は、図１のフロントケーシング４及びフロント冷却ファン９を回転中心Ｃに沿って見た正面図である。なお、実施の形態１～５において、リヤケーシング５の構成は、フロントケーシング４の構成と同様である。また、リヤ冷却ファン１０の構成は、フロント冷却ファン９の構成と同様である。

フロント冷却ファン９は、複数の翼部９ａを有している。各翼部９ａは、フロント冷却ファン９における界磁鉄心１１に固定されている部分から、フロントケーシング４側へ突出している。

フロント冷却ファン９を回転中心Ｃに沿って見たとき、各翼部９ａは、回転中心Ｃを通る直線に対して一方向へ傾斜している。また、フロント冷却ファン９を回転中心Ｃに沿って見たとき、複数の翼部９ａは、それぞれフロント冷却ファン９の回転方向における同一方向へ湾曲している。

フロントケーシング４は、対向部４ａを有している。対向部４ａは、フロント冷却ファン９に対向している。対向部４ａの中央には、回転軸１を通す貫通孔４ｂが設けられている。

対向部４ａは、内周部４ｃと、外周部４ｄと、周方向リブ４ｅと、複数の内側リブ４ｆと、複数の外側リブ４ｇとを有している。

内周部４ｃ及び外周部４ｄは、それぞれ回転中心Ｃを中心とする円環状である。外周部４ｄは、内周部４ｃとの間に間隔をおいて、内周部４ｃを囲んでいる。

周方向リブ４ｅは、内周部４ｃと外周部４ｄとの間に、回転中心Ｃを中心とする円Ｒに沿って設けられている。また、実施の形態１の周方向リブ４ｅは、円Ｒの全周に渡って連続している。即ち、実施の形態１の周方向リブ４ｅの形状は、円環状である。

複数の内側リブ４ｆは、それぞれ周方向リブ４ｅと内周部４ｃとの間を繋いでいる。複数の外側リブ４ｇは、それぞれ周方向リブ４ｅと外周部４ｄとの間を繋いでいる。実施の形態１では、複数の内側リブ４ｆの数は、複数の外側リブ４ｇの数と同じである。

フロントケーシング４を回転中心Ｃに沿って見たとき、複数の内側リブ４ｆ及び複数の外側リブ４ｇは、それぞれ回転中心Ｃを中心として、放射状に配置されている。また、フロントケーシング４を回転中心Ｃに沿って見たとき、各内側リブ４ｆと、対応する外側リブ４ｇとは、回転中心Ｃを通る同一直線上に配置されている。

周方向リブ４ｅの断面であって、円Ｒの半径方向に沿って周方向リブ４ｅを切断したときの断面の形状は、例えば三角形である。内側リブ４ｆの断面であって、円Ｒの半径方向に直交する断面の形状は、例えば三角形である。外側リブ４ｇの断面であって、円Ｒの半径方向に直交する断面の形状は、例えば三角形である。

対向部４ａにおける内周部４ｃと外周部４ｄとの間には、複数の吸気口１６が設けられている。複数の吸気口１６は、周方向リブ４ｅと、複数の内側リブ４ｆと、複数の外側リブ４ｇとによって仕切られている。

複数の吸気口１６は、複数の第１吸気口１６ａと、複数の第２吸気口１６ｂとを有している。複数の第１吸気口１６ａは、周方向リブ４ｅに対して、内周部４ｃ側に位置している。複数の第２吸気口１６ｂは、周方向リブ４ｅに対して、外周部４ｄ側に位置している。

フロントケーシング４及びフロント冷却ファン９を回転中心Ｃに沿って見たとき、フロント冷却ファン９は、複数の第１吸気口１６ａ及び複数の第２吸気口１６ｂと重なっている。

フロントケーシング４の外周部には、複数の排気口１７が設けられている。フロント冷却ファン９が回転することにより、複数の吸気口１６からフロントケーシング４内に空気が吸入される。吸入された空気は、固定子巻線１４及び界磁巻線１２を冷却した後、複数の排気口１７からフロントケーシング４外へ排出される。

同様に、リヤ冷却ファン１０が回転することによっても、リヤケーシング５内に空気が吸入され、固定子巻線１４及び界磁巻線１２が冷却される。

このような回転電機では、内周部４ｃと外周部４ｄとの間に周方向リブ４ｅが設けられている。また、複数の内側リブ４ｆによって、周方向リブ４ｅと内周部４ｃとが繋がれている。また、複数の外側リブ４ｇによって、周方向リブ４ｅと外周部４ｄとが繋がれている。このため、フロントケーシング４及びリヤケーシング５の強度の低下を抑制することができる。

また、周方向リブ４ｅは、円Ｒの全周に渡って連続しているため、フロントケーシング４及びリヤケーシング５の強度の低下をより確実に抑制することができる。

また、複数の内側リブ４ｆ及び複数の外側リブ４ｇの数を削減したり、複数の内側リブ４ｆ及び複数の外側リブ４ｇをそれぞれ細くしたりすることによって、騒音の低減を図ることができる。また、円Ｒの半径方向へ各吸気口１６を拡大して、吸気量の増大を図ることができる。

実施の形態２．
次に、図３は、実施の形態２による回転電機のフロントケーシング４及びフロント冷却ファン９を回転中心Ｃに沿って見た正面図である。実施の形態２では、複数の内側リブ４ｆの数と、複数の外側リブ４ｇの数とが異なっている。

具体的には、複数の内側リブ４ｆの数は、複数の外側リブ４ｇの数よりも少ない。このため、一部の内側リブ４ｆは、円Ｒの周方向について、複数の外側リブ４ｇとは異なる位置に配置されている。

このような構成とすることによって、各第１吸気口１６ａの面積が、各第２吸気口１６ｂの面積に近付けられている。

図３に示したフロントケーシング４の構成を除いて、回転電機の構成は、実施の形態１と同様である。

このような回転電機では、各第１吸気口１６ａの面積と、各第２吸気口１６ｂの面積とを同一又はほぼ同一にすることができる。これにより、各第１吸気口１６ａの面積を拡大しつつ、フロントケーシング４及びリヤケーシング５の強度の低下を抑制することができる。

また、複数の内側リブ４ｆの数と複数の外側リブ４ｇの数との両方を単に少なくした場合、特に各第２吸気口１６ｂの面積が大きくなり過ぎ、フロントケーシング４内及びリヤケーシング５内に異物、例えばボルトが入り込む恐れがある。これに対して、実施の形態２では、各第２吸気口１６ｂの面積が大きくなり過ぎることがなく、フロントケーシング４内及びリヤケーシング５内に異物が入り込むことが抑制される。

実施の形態３．
次に、図４は、実施の形態３による回転電機のフロントケーシング４及びフロント冷却ファン９を回転中心Ｃに沿って見た正面図である。フロント冷却ファン９及び対向部４ａを回転中心Ｃに沿って見たとき、各内側リブ４ｆ及び各外側リブ４ｇは、それぞれ翼部９ａとは逆方向へ湾曲している。

図４に示したフロントケーシング４の構成を除いて、回転電機の構成は、実施の形態２と同様である。

このような構成によっても、実施の形態２と同様の効果を得ることができる。

ここで、図５は、内側リブ４ｆ及び外側リブ４ｇによる空気流の変化を模式的に示す説明図である。図５において、各実線矢印は、空気流を示している。また、各細い実線矢印は、各太い実線矢印よりも、流速が遅いことを示している。また、点線矢印は、翼部９ａの移動方向を示している。

内側リブ４ｆ及び外側リブ４ｇの下流域には、内側リブ４ｆ及び外側リブ４ｇが設置されていない領域の下流域と比較して、空気流の流速が遅い領域、即ち速度欠損域が発生する。この速度欠損域を翼部９ａが通過する際、急激な圧力変動が生じ、騒音が発生する。

圧力変動による騒音は、内側リブ４ｆ及び外側リブ４ｇを回転中心Ｃに沿って見たとき、翼部９ａと重なる範囲が大きいほど、大きくなる。

実施の形態１、２では、回転中心Ｃに沿って見たとき、翼部９ａが湾曲しているのに対して、内側リブ４ｆ及び外側リブ４ｇは、円Ｒの半径方向に沿う直線である。このため、圧力変動による騒音が抑制される。

また、実施の形態３では、回転中心Ｃに沿って見たとき、各内側リブ４ｆ及び各外側リブ４ｇは、それぞれ翼部９ａとは逆方向へ湾曲している。このため、回転中心Ｃに沿って見たとき、各翼部９ａと、各内側リブ４ｆ及び各外側リブ４ｇとは、より垂直に近い状態で重なる。従って、圧力変動による騒音がさらに抑制される。

また、実施の形態１～３において、フロント冷却ファン９の回転時に、フロント冷却ファン９と周方向リブ４ｅとは常時重なっている。同様に、リヤ冷却ファン１０の回転時に、リヤ冷却ファン１０と、リヤケーシング５における周方向リブ４ｅとは常時重なっている。このため、周方向リブ４ｅの下流域には、速度欠損域が生じにくい。従って、周方向リブ４ｅによる圧力変動は生じにくく、騒音の発生が抑制される。

実施の形態４．
次に、図６は、実施の形態４による回転電機のフロントケーシング４及びフロント冷却ファン９を回転中心Ｃに沿って見た正面図である。実施の形態４の周方向リブ４ｅは、複数の分割リブ４ｈに分割されている。複数の分割リブ４ｈは、円Ｒの周方向に互いに間隔をおいて配置されている。即ち、実施の形態４の周方向リブ４ｅは、円Ｒに沿って断続的に設けられている。

円Ｒの周方向における各分割リブ４ｈの第１端部には、内側リブ４ｆ及び外側リブ４ｇが繋がっている。円Ｒの周方向における各分割リブ４ｈの第２端部には、外側リブ４ｇのみが繋がっている。これにより、各第１吸気口１６ａは、隣り合う２つの第２吸気口１６ｂのうちの１つと繋がっている。

図６に示したフロントケーシング４の構成を除いて、回転電機の構成は、実施の形態３と同様である。

このような構成によっても、実施の形態３と同様の効果を得ることができる。

また、各第１吸気口１６ａが、隣り合う２つの第２吸気口１６ｂのうちの１つと繋がっているため、吸気量の増大を図ることができる。

また、複数の内側リブ４ｆの数が少ないため、フロント冷却ファン９及びリヤ冷却ファン１０の回転時の騒音をさらに抑制することができる。

実施の形態５．
次に、図７は、実施の形態５による回転電機のフロントケーシング４及びフロント冷却ファン９を回転中心Ｃに沿って見た正面図である。フロント冷却ファン９及び対向部４ａを回転中心Ｃに沿って見たとき、各翼部９ａは、第１部分９ｂと、第２部分９ｃとを有している。

各第１部分９ｂは、周方向リブ４ｅよりも内周部４ｃ側に位置している。各第２部分９ｃは、周方向リブ４ｅよりも外周部４ｄ側に位置している。

各第１部分９ｂは、フロント冷却ファン９の回転方向における一方向へ湾曲している。即ち、全ての第１部分９ｂは、同一方向へ湾曲している。各第２部分９ｃは、各第１部分９ｂとは逆方向へ湾曲している。即ち、各翼部９ａにおいて、第１部分９ｂと第２部分９ｃとの境界部は、湾曲方向が変わる変曲点である。

フロント冷却ファン９及び対向部４ａを回転中心Ｃに沿って見たとき、各内側リブ４ｆは、各第１部分９ｂとは逆方向へ湾曲しており、各外側リブ４ｇは、各第２部分９ｃとは逆方向へ湾曲している。

図７に示したフロントケーシング４及びフロント冷却ファン９の構成を除いて、回転電機の構成は、実施の形態３と同様である。

また、各翼部９ａの形状に合わせて、フロント冷却ファン９及びリヤ冷却ファン１０の回転方向を変化させることにより、騒音を抑制することができる。

なお、実施の形態１～５は、適宜組み合わせてもよい。例えば、実施の形態１～３、５の周方向リブ４ｅを、実施の形態４のように複数の分割リブ４ｈに分割してもよい。

また、内側リブ４ｆの数と、冷却ファンの翼数とは、互いに素になっていてもよい。同様に、外側リブ４ｇの数と、冷却ファンの翼数とは、互いに素になっていてもよい。これにより、冷却ファンの回転速度に比例した成分を持つノイズを低減し、騒音の発生を抑制することができる。

また、内周部４ｃと外周部４ｄとの間に、それぞれ半径が異なる複数の円に沿う複数の周方向リブ４ｅを設けてもよい。

また、実施の形態１～５において、フロント冷却ファン９及びリヤ冷却ファン１０のいずれか一方を省略してもよい。

また、回転電機は、車両用交流発電機に限定されない。

２回転子、３固定子、４フロントケーシング、４ａ対向部、４ｃ内周部、４ｄ外周部、４ｅ周方向リブ、４ｆ内側リブ、４ｇ外側リブ、４ｈ分割リブ、５リヤケーシング、９フロント冷却ファン、９ａ翼部、９ｂ第１部分、９ｃ第２部分、１０リヤ冷却ファン、１６吸気口、１６ａ第１吸気口、１６ｂ第２吸気口、Ｃ回転中心、Ｒ円。

Claims

固定子、
回転中心を中心として前記固定子に対して回転する回転子、
前記回転子に設けられており、前記回転子とともに回転する冷却ファン、及び
前記冷却ファンに対向している対向部を有しているケーシング
を備え、
前記対向部は、
前記回転中心を中心とする円環状の内周部と、
前記内周部との間に間隔をおいて前記内周部を囲んでいる円環状の外周部と、
前記内周部と前記外周部との間に、前記回転中心を中心とする円に沿って設けられている周方向リブと、
前記周方向リブと前記内周部との間を繋いでいる複数の内側リブと、
前記周方向リブと前記外周部との間を繋いでいる複数の外側リブと
を有しており、
前記対向部における前記内周部と前記外周部との間には、前記周方向リブと、前記複数の内側リブと、前記複数の外側リブとによって仕切られている複数の吸気口が設けられており、
前記複数の吸気口は、前記周方向リブに対して前記内周部側に位置している複数の第１吸気口と、前記周方向リブに対して前記外周部側に位置している複数の第２吸気口とを有しており、
前記複数の第１吸気口を構成する前記複数の内側リブの数は、前記複数の第２吸気口を構成する前記複数の外側リブの数よりも少ない回転電機。
前記周方向リブは、前記円の全周に渡って連続している請求項１記載の回転電機。
前記冷却ファンは、それぞれ前記ケーシング側へ突出している複数の翼部を有しており、
前記冷却ファン及び前記対向部を前記回転中心に沿って見たとき、前記複数の翼部は、それぞれ同一方向へ湾曲しており、各前記内側リブ及び各前記外側リブは、それぞれ各前記翼部とは逆方向へ湾曲している請求項１又は請求項２に記載の回転電機。
固定子、
回転中心を中心として前記固定子に対して回転する回転子、
前記回転子に設けられており、前記回転子とともに回転する冷却ファン、及び
前記冷却ファンに対向している対向部を有しているケーシング
を備え、
前記対向部は、
前記回転中心を中心とする円環状の内周部と、
前記内周部との間に間隔をおいて前記内周部を囲んでいる円環状の外周部と、
前記内周部と前記外周部との間に、前記回転中心を中心とする円に沿って設けられている周方向リブと、
前記周方向リブと前記内周部との間を繋いでいる複数の内側リブと、
前記周方向リブと前記外周部との間を繋いでいる複数の外側リブと
を有しており、
前記対向部における前記内周部と前記外周部との間には、前記周方向リブと、前記複数の内側リブと、前記複数の外側リブとによって仕切られている複数の吸気口が設けられており、
前記冷却ファンは、それぞれ前記ケーシング側へ突出している複数の翼部を有しており、
前記冷却ファン及び前記対向部を前記回転中心に沿って見たとき、
各前記翼部は、前記周方向リブよりも前記内周部側に位置する第１部分と、前記周方向リブよりも前記外周部側に位置する第２部分とを有しており、
各前記第１部分は、一方向へ湾曲しており、
各前記第２部分は、各前記第１部分とは逆方向へ湾曲しており、
前記冷却ファン及び前記対向部を前記回転中心に沿って見たとき、各前記内側リブは、各前記第１部分とは逆方向へ湾曲しており、各前記外側リブは、各前記第２部分とは逆方向へ湾曲している回転電機。
固定子、
回転中心を中心として前記固定子に対して回転する回転子、
前記回転子に設けられており、前記回転子とともに回転する冷却ファン、及び
前記冷却ファンに対向している対向部を有しているケーシング
を備え、
前記対向部は、
前記回転中心を中心とする円環状の内周部と、
前記内周部との間に間隔をおいて前記内周部を囲んでいる円環状の外周部と、
前記内周部と前記外周部との間に、前記回転中心を中心とする円に沿って設けられている周方向リブと、
前記周方向リブと前記内周部との間を繋いでいる複数の内側リブと、
前記周方向リブと前記外周部との間を繋いでいる複数の外側リブと
を有しており、
前記対向部における前記内周部と前記外周部との間には、前記周方向リブと、前記複数の内側リブと、前記複数の外側リブとによって仕切られている複数の吸気口が設けられており、
前記周方向リブは、複数の分割リブに分割されており、
前記複数の分割リブは、前記円の周方向に互いに間隔をおいて配置されている回転電機。