JPS6036701B2 - 車両用交流発電機 - Google Patents

車両用交流発電機

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JPS6036701B2
JPS6036701B2 JP54162439A JP16243979A JPS6036701B2 JP S6036701 B2 JPS6036701 B2 JP S6036701B2 JP 54162439 A JP54162439 A JP 54162439A JP 16243979 A JP16243979 A JP 16243979A JP S6036701 B2 JPS6036701 B2 JP S6036701B2
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frames
shaft
stator
fans
bearings
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隆泰 二村
孜 志賀
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は車両用交流発電機の全体構成の改良に関する。
車両の性能向上に伴い、車両用回転電機の負荷は増大す
る傾向にあるが、一方燃費向上の要求から、車両用交流
発電機については小型、軽量、高出力、効率の良い製品
の開発が強く要求されている。これを解決する１つの手
段として発電機を高速で回転することが知られている。
従来、車両用交流発電機の高速運転を行なうに際して、
車両用発電機に一般的に使用されるＶベルトでは、その
構造上高速で回すことが不可能であったが最近のベルト
の技術進歩により可能となった。すなわち、ベルトのゴ
ム材質の改良等により切断し‘こくくなっている。また
例えば厚味の少ない扇平状のベルトが開発されベルトの
外、内周差が４・さくなり、ベルトにかかる繰返し疲労
度（プーリ部では外周側が引張られ、内周側が圧縮され
る）が低減できるようになった。これにより従来のベル
トと同疲労度まで許容されるとするとプーリ径を４・ご
くできる。その場合車両側の駆動プーリ径が同じでも発
電機側の従動プーリ径が小さくなり、フ。−リ比が高く
なり、高速駆動ができることになる。高速運転が可能と
なった場合における課題としては、高速に耐え得る遠心
性の優れた高速時の軸のたわみによる振動の少ない、か
つ小型で大出力に対処できる冷却効率のよい、さらには
高速時の風切り音のファン音を下げた低騒音の発電機の
開発が要求されている。特に冷却については、通常フレ
ームの外径と同程度の大きさの遠心ファンを１個フレー
ムの外側に設けて行っていたが、高速回転時の強度およ
び騒音については必ずしも満足の得られるものでなく、
最も発熱量の多いステータコィル、熱に弱い整流器およ
びにレギュレータ、出力特性に大きく影響があるロータ
コィル、寿命を大きく左右するベアリング等のそれぞれ
に対応する適切な冷却方法の選択、および冷却のための
風の流れの経路の適切な設定が車両用交流発電機を開発
する上でのポイントとなつている。本発明の目的は前述
の問題点にかんがみ、各部品の配置、各部品の諸機能を
考慮に入れ適切な構造および配置をとることにより高速
回転の可能な、冷却効率のよい、騒音の少ない車両用交
流発電機を提供することにある。
本発明においては、共に実質的に椀状で開□部側が直接
接合されて、ほぼ全周にわたってィンロ−構造により鼓
合されており、相互に締付固定されている一対のフレー
ムー，１′、前記フレーム１，１′の内周に固定された
ステータコア３ａおよび該ステータコア３ａに巻回され
たステータコィル３ｂからなるステ−夕３、前記フレー
ム１，１′の両側面部中央部分に各々設けられた一対の
ベアリング４，４′、前記両ベアリング４，４′に回転
自在に支持されたシャフト５、前記シャフト５に固定さ
れ前記ステータ３の内側に位置し、自身の両側面が前記
ベアリング４，４′に近接する爪形ポールコア６，６′
、前記爪形ポールコァ６，６′の内周に挟持されたロー
タコィル７、前記爪形ポールコア６，６′の両端に取付
けられ、前記ベアリング４，４′と前記ステータコィル
３ｂとの間の位置に各々設けられ前記シャフト５の回転
にともなって回転する一対のファン８，８′、前記ベア
リング４，４′の近傍において前記フレーム１，１′の
両側に設けられ、前記ファン８，８′による冷却風が前
記フレーム１，１′の内部方向に流れ込むようにした吸
入窓ｌｂ，ｌｂ′、前記ステータコィル３ｂの外周に位
置する前記フレーム１，１′の部分に設けられ冷却を終
えた前記ファン８，８′からの熱風を吐出する吐出窓ｌ
ｃ，ｌｃ′、前記フレーム１，１′の両側面の前記吸入
窓ｌｂ，ｌｂ′と前記吐出窓ｌｃ，ｌｃ′との間に前記
ファン８，８′にギャップを持って対向したシュラウド
ｌａ，ｌａ′、前記ステ−夕３と前記ベアリング４，４
′と前記爪形ポールコア６，６′と前記ファン８，８′
とを包み込む前記フレーム１，１′の外部において前記
シャフト５の周囲に設けられたスリップリング９、前記
スリップリング９に摺接するブラシ１６ａを内部に保持
し前記フームー，１′の外部に設けられたブラシホルダ
ー６、前記フレーム１，１′の外部で、かつ前記スリッ
プリング９と反対側の前記シャフト５に固着され外周面
にＶ字状の溝が形成されたプーリ１１、および前記フレ
ーム１，１′の外部に関連部品、を備えたことを特徴と
する車両用交流発電機が提供される。
以下図面を参照して本発明の実施例について説明する。
発電機外殻をなす１対のフレーム１，１′は共に実質的
に椀状で、開口都側を直接接合させ、ほぼ全周にわたっ
てィンロ−構造により競合され、複数個のボルト２（図
面では１個のみ示す）により相互に固定されている。上
記フレームーの内周にはステータ３が圧入等の適当な方
法で固定されている。ステータ３は周知のようにステー
タコア３ａおよびこれに巻かれたステータコィル３ｂか
ら構成される。両フレームー，１′の側面部中央には発
電機内側に向って突出する円筒状のベアリングボックス
４１，４１′が形成され、前記ベアリングボックス４１
，４１′にはそれぞれベアリングに４，４′が取付けら
れ、該両ベアリング４，４′にシャフト５が回転自在に
支持されている。シャフト５には前記ステータの内側に
位置し両側面がベアリング４，４′に近接して１対の爪
形ポールコア６，６′が機械的に固定されており、前記
ポールコア６，６′の内周には従来周知のロータコィル
巻線７が挟持されている。該ベアリング間の軸受間隙は
短かくシャフトの危険速度を上げることができる。前記
ポールコア６，６′の両側面であってベアリング４，４
′とステータコィル３ｂとの間の位置にはステータ内径
よりも小さい径の遠心型冷却ファン８，８′がシャフト
に同心に、各々ファン８，８′の羽根８ａ，８ａ′をポ
ールコアと反対方向に向け、適宜の手段によりポールコ
アに密着し固着されている。
前記一方のファン８の羽根８ａはポールコア６の爪数と
同数で形成され、また他方のファン８′の羽根８ａ′は
風量に応じた任意の複数枚で形成されている。さらにフ
ァン８はロータコィル７を冷却するようにポールコア６
，６′内に冷却風を押し込むため羽根８ａを回転方向に
前便させた斜流式となっている。ファン８，８′はファ
ン径が小さいために耐遠心性が殴れ、かつ羽根の風切り
により発するファン騒音も周速の低下により大幅に低減
できる。前記１対のエンドフレーム１，１′の両側面に
は前記ファン８，８′の羽根８ａ，８ａ′に適宜なギャ
ップを持って対向した、ファンのガイド板の役目を果す
シュラゥド（覆）ｌａ，ｌａ′が形成されている。シュ
ラウドｌａ，ｌａ′はシャフト５の軸方向に対して垂直
ではなく煩斜して設けられ、これによりフレーム１，１
′はほぼ卵形の縦断面形状をなしている。さらに両エン
ドフレーム１，１′の両側面のベアリング４，４′の近
傍にはファン８，８′により冷却風がフレーム内部に吸
入されるよう吸入窓ｌｂ，ｌけが形成されており、ステ
ータコィル３ｂの外周に位置する部分には冷却を終えた
熱風を吐出するため吐出窓ｌｃ，ｌｃ′が形成されてい
る。スリップリング９はシャフト５に設けた１対の溝５
ａ，５ａ′内に配線された導体１０，１０′を介して前
記ロータコィル７と電気的に接触されており、さらに前
記スリップリング９、導体１０，１０′はシャフト５に
電気的に絶縁されて固定されている。スリップリング９
は前記ベアリング４′のポ−ルコアと反対側に、かつ前
記エンドフレーム１，１′により形成された１対の外枠
の外側に位置するように配置されている。ベアリング４
とポールコア６との間およびベアリング４とエンドフレ
ームの外側に配置されたプーリ１１との間には、各各シ
ャフト５に同軸にカラー１２，１２′が介在され、ナッ
ト１３、ワッシヤ１４により前記プーリー１１がシャフ
ト５に結合されている。
プーリー１１の外周面はＶ字状の溝が形成されており、
ベルトを介してシャフト５がエンジン（図示されていな
い）により回転される。エンドフレームー，１′により
形成された外枠のブーリー側と反対の外側には、ダイオ
ード（図示されていない）を備えたダイオードフィン１
５、前記スリップリング９に槌勤しロークコィル７に励
磁電流を供給するブラシ１６ａを内部に保持するブラシ
ホルダ１６、および出力電圧を調整するＩＣレギュレー
タ１７の各々電気機能部品がリアカバー１９と共に複数
個のボルト１８（図では１個のみ示す）によりフレーム
１′に固定されている。
該リアカバー１９は前記ダイオードフィン１５、ブラシ
ホルダ１６、レギユレータ１７を取囲むように形成され
、側面にはしギュレータ冷却穴１９ａ、ダイオードフィ
ン冷却穴１９ｂが適宜あげられている。このように、ポ
ールコア６，６′の両側面にベアリング４，４′を配置
するために必然的に電気関連部品がフレーム１′の外に
配置される。
これによりスリップリング９は後部軸受の後方に配置さ
れ、軸受間距離を短かくできる。また従来形の交流発電
機のように、ロータポールコアの発電するために回転す
る部品と、回転はせず、通電、整流または電圧制御をす
る関連部品を同一フレームの中に配置すると、特に耐環
境性（泥水、ダスト、塩水等）を重視する電気関連部品
のシ−ルが構造上困難となる。従って、交流発電機内部
に泥水、ダスト等が入った時、内部の空気を縄拝する作
用のあるポールコアと関連部品が一緒にあると、泥水等
を散乱させ、ブラシ、整流器等の内部に浸入させ著しく
特性を低下させる。さらに同一フレーム内部に関連部品
がステータおよびロータと共に配置されると、発熱量の
多いステータコィルの競射熱により、熱に弱い半導体（
整流器、レギュレータ）が故障する可能性がある。この
ように、同一フレーム内に関連部品を配置すると種種の
問題が生ずるが、図示の実施例におけるように関連部品
をフレーム外側に配置することにより、この問題点が解
消される。次に上述の車両用交流発電機の動作について
説明する。
ブラシ１６ａ、スリップリング９を介しロータコィル７
に電流が供Ｖ給され、ロータコィル７がプーリー１１を
介して回転されることによりステータコィル３ｂに交流
電流が誘起され、整流器により整流され、出力電圧をレ
ギュレータ１７により制御する発電システムは周知であ
るので詳細な説明は省略し、本発明特有の動作について
説明する。シャフト５が回転すると共にポールコア６，
６′両側面に配置されたファン８，８′が回転すると、
まずポ−ルコア６側の斜流型遠心ファン８によりプーリ
１１側ベアリング４付近に開けられた吸入窓ｌｂを通り
外部の冷風が矢印フ，イのように吸入され、まずベアリ
ング４を冷却し、次にステータコィル３ｂを冷却し吐出
窓ｌｃから外部に熱風７′となり吐出される。
また前記アの冷風の一部はポールコアの爪間より。ータ
コィル７の方に矢印イのように冷風が押込まれ、ロータ
コィル７を冷却し続いてステータコィル３ｂを冷却し吐
出窓ｌｃ′より矢印イ′に示される熱風となり吐出され
る。矢印フ，イに示される冷風の吸入と同時にプ−ＩＪ
と反対側のポールコア６′の側面に配置された遠心ファ
ン８′により、リアカバー１９にあげられた吸入窓１９
ａ，１９ｂから各各レギュレータ１７および整流器を冷
却するよう外部の冷風（矢印ウ，エ）が吸入され、レギ
ユレータ１７および整流器を冷却後フレーム１′のベア
リング４′の近傍にあげられた窓１０よりベアリング４
′を冷却しつつフレ−ム内に導入され、さらにステータ
コイル３ｂを冷却し矢印ウ′，エ′に示される熱風とな
りフレーム１′にあげられた吐出窓ｌｃ′から前記熱史
ａイ′と共に外部に吐出される。
本実施例においては、フレームがほぼ卵形の縦断面形状
をなしているが、これにより下記のような効果が得られ
る。
‘ａー 車両のエンジン振動はピストンが動く方向すな
わち交流発電機に対しラジアル方向の振動レベルが一般
的に高い。
しかし多気節エンジンの場合は各ピストンの上下運動に
位相差があるため、シャフト方向振動も発生しやすい。
一般の交流発電機はシャフト方向振動に弱く、ともする
とフレームの破損、巻線の断線、または共振することさ
えあった。フレームの縦断面形状を卵形にすると、前述
のシャフト方向の剛性をも向上することができ、あらゆ
る方向の振動に耐える構造となる。‘ｂ’フレームの縦
断面形状を卵形にすると必然的にフレーム内部に配置さ
れたファンの羽根も外周にいくにつれ羽根の高さが低く
なる。
これは、ファン設計の理論値に近づき効率の良い、低雑
音な冷却構造を可能とする。｛ｃー ステータコィルの
冷却は１対のファンの吐出風により行われるが、フレー
ムの形状が卵形になっていると、前記吐出風を卵形フレ
ームの裏側面に沿って吐出方向を各々中心方向に変える
ことができる。従ってステータコィルの端部に吐出風が
当たりやすくなり、最も発熱量の多いステータコィルを
効率的に冷却できる。本発明によれば、高速回転の可能
な、冷却効率のよい、騒音の少ない車両用交流発電機が
得られる。
すなわち、従来のような１個の大形のファンを用いると
高速回転時、遠心力で飛散の慶れがあり使用不可能であ
るが、外径を小さくすると耐遠心力性能が向上する。
またフレームはシャフトに垂直な面で２分化され、相互
の結合部は実質全周にわたり鉄合され、かつ一方のフレ
ーム内周にステータを圧入固定することにより、回転軸
となるシャフトを支持する１対のベアリングの心ずれが
最少限に押さえられ、高速回転時間題となる心ずれによ
るベアリング寿命低下および振動増大を低減できる。な
お従来形は、両フレームの間に薄板をラミネートされた
ステータコアをはさむように構成されているため、結合
面が２箇所になると共に、両フレームを鞠方向にスルー
ボルトにより締付けると、ラミネートされたステータが
締付部のみ縮み、フレームにゆがみを与え、心ずれが増
々増加するという問題もあったが、これも本発明により
解消される。さらに、ポールコアの両端面にファンが配
置され、かつそのファンの羽根内周に位置する部分に、
ベアリングが配置されていることは、実質的にポールコ
アの両側面に近接する部分にベアリングを配置したこと
になる。これにより、軸受間距離が短縮でき、かつポー
ルコア、コイル等の重量物によるシャフトのたわみの影
響を最少限に押えることができ、危険回転数すなわち異
常な共振振動が発生する回転数を上昇できる。従って高
速回転が可能となる。冷却効率については、遠心ファン
の内周部にベアリングが設けられ、ベアリングが風の吸
入路となりベアリングの冷却性が優れている。
また発電機前後から冷風を吸入でき、熱に弱い部分から
順に冷却ができる。従って冷却効率の向上が可能となる
。騒音については、一般に、ファンを高速で回転させる
と騒音Ｌは、Ｄをファン径、Ｎを回転数として、Ｌ広１
０１ｏｇＤ７Ｗで表わされ、Ｎの５乗に対し、Ｄは７乗
に比例して騒音が増加することからファン径の縮少によ
り騒音の低減ができる。
また風量をＱとするとＱはＤ３Ｎの関係があるから、風
量Ｑを低下させることなく騒音Ｌをも低減させるために
、ファンを２個とし、各々の径を小さくしている。
【図面の簡単な説明】
図面は本発明による一つの実施例としての車両用交流発
電機の全体を示す断である。 １，１′……フレーム、ｌａ，ｌａ′……シユフウド、
ｌｂ，ｌｂ′・・・・・・吸入窓、ｌｃ，ｌｃ′・・・
・・・吐出窓、３……ステータ、３ａ……ステータコア
、３ｂ……ステータコイル、４，４′……ベアリング、
５……シヤフト、６，６′”““ポールコア、７……ロ
ータコイル、８，８′……フアン、９……スリップリン
グ、１１……プーリ、１５……ダイオードフイン、１６
”“”ブラシホルダ、１６ａ・・…・ブラシ、１７……
レギユレータ、１９・…・・リアカバー、４１，４１′
“””ベアリングボックス。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 共に実質的に椀状で開口部側が直接接合されて、ほ
    ぼ全周にわたつてインロー構造により嵌合されており、
    相互に締付固定されている一対のフレーム１，１′、前
    記フレーム１，１′の内周に固定されたステータコア３
    ａおよび該ステータコア３ａに巻回されたステータコイ
    ル３ｂからなるステータ３、前記フレーム１，１′の両
    側面部中央部分に各々設けられた一対のベアリング４，
    ４′、前記両ベアリング４，４′に回転自在に支持され
    たシヤフト５、前記シヤフト５に固定され前記ステータ
    ３の内側に位置し、自身の両側面が前記ベアリング４，
    ４′に近接する爪形ポールコア６，６′、前記爪形ポー
    ルコア６，６′の内周に挾持されたロータコイル７、前
    記爪形ポールコア６，６′の両端に取付けられ、前記ベ
    アリング４，４′と前記ステータコイル３ｂとの間の位
    置に各々設けられ前記シヤフト５の回転にともなつて回
    転する一対のフアン８，８′、前記ベアリング４，４′
    の近傍において前記フレーム１，１′の両側に設けられ
    、前記フアン８，８′による冷却風が前記フレーム１，
    １′の内部方向に流れ込むようにした吸入窓１ｂ，１ｂ
    ′、前記ステータコイル３ｂの外周に位置する前記フレ
    ーム１，１′の部分に設けられ冷却を終えた前記フアン
    ８，８′からの熱風を吐出する吐出窓１ｃ，１ｃ′、前
    記フレーム１，１′の両側面の前記吸入窓１ｂ，１ｂ′
    と前記吐出窓１ｃ，１ｃ′との間に前記フアン８，８′
    にギヤツプを持つて対向したシユラウド１ａ，１ａ′を
    、前記ステータ３と前記ベアリング４，４′と前記爪形
    ポールコア６，６′と前記フアン８，８′とを包み込む
    前記フレーム１，１′の外部において前記シヤフト５の
    周囲に設けられたスリツプリング９、前記スリツプリン
    グ９に摺接するブラシ１６ａを内部に保持し前記フレー
    ム１，１′の外部に設けられたブラシホルダ１６、前記
    フレーム１，１′の外部で、かつ前記スリツプリング９
    と反対側の前記シヤフト５に固着され外周面にＶ字状の
    溝が形成されたプーリ１１、および前記フレーム１，１
    ′の外部に関連部品、を備えたことを特徴とする車両用
    交流発電機。 ２ 前記関連部品は前記フレーム１，１′の一方１′に
    固定され前記ステータコイル３ｂからの出力電流を整流
    するダイオードが実装されたダイオードフイン１５を含
    む特許請求の範囲第１項に記載の車両用交流発電機。 ３ 前記関連部品は前記フレーム１，１′の一方１′に
    固定されたレギユレータ１７を含む特許請求の範囲第１
    項または第２項に記載の車両用交流発電機。 ４ 前記シユラウド１ａ，１ａ′は前記シヤフト５の軸
    方向に対して垂直でない角度で傾斜して設けられ、それ
    により前記フレーム１，１′はほぼ卵形の縦断面形状を
    なしていることを特徴とする特許請求の範囲第１項、第
    ２項まは第３項に記載の車両用交流発電機。
JP54162439A 1979-12-14 1979-12-14 車両用交流発電機 Expired JPS6036701B2 (ja)

Priority Applications (7)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP54162439A JPS6036701B2 (ja) 1979-12-14 1979-12-14 車両用交流発電機
DE8484114880T DE3072198D1 (de) 1979-12-14 1980-12-12 Wechselstromgenerator mit einer spannungsregeleinheit fuer die verwendung in fahrzeugen.
EP80107868A EP0030725B1 (en) 1979-12-14 1980-12-12 Cooling an alternating current generator with a voltage regulator unit for use in vehicles
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