JPWO2014003065A1 - 車両用回転電機 - Google Patents

Abstract

この発明は、乱れを有する空気が冷却ファンに流れ込むことにより顕著となる冷却ファンの前縁側での圧力変動の発生を抑制し、ファン騒音を低減できる車両用回転電機を得る。この車両用回転電機は、回転子に固着されるリング平板状の取り付け基盤３１と、それぞれ、取り付け基盤３１の表面から立設されて周方向に複数配列されたファンブレード３２と、を有する冷却ファン３０を備え、ファンブレード３２が、外周端である後縁から内周端である前縁に向って回転方向３４の前方に徐々に変位する、かつ後縁側の回転方向３４の前方に凸の弧形状と前縁側の回転方向３４の後方に凸の弧形状とを滑らかに接続したＳ字状の断面形状を有する。

Description

この発明は、回転軸と一体に回転して発熱部を空冷する冷却ファンを有する車両用交流発電機などの車両用回転電機に関するものである。

従来の車両用交流発電機は、一対のコア、コアの中心部に挿入固着された回転軸、および回転軸に挿入固着された励磁電流供給用スリップリングを有する回転子と、回転子の外周に設けられた固定子と、回転子および固定子を取り囲むように配置されたブラケットと、を備え、回転子は、軸受を介してブラケットに回転可能に支持され、冷却ファンが回転子の両端面に取り付けられ、複数の吸気孔がブラケットの端部に設けられ、複数の排気孔がブラケットの外周部に設けられ、回転子の回転で冷却ファンにより発電機内を通風冷却するように構成されている（例えば、特許文献１参照）。

この従来の車両用交流発電機の冷却ファンでは、反取付側（いわゆるチップ側）のファンブレード端面にリング状のファンガイドを取り付けて、ファンブレード端面が空気を切ることにより生じる回転数の整数倍の周波数をもつ大きな騒音を低減していた。また、ファン取付側（ハブ側）のファンブレードの前縁位置を回転軸近くまで延ばし、ファン高さを回転軸に近くなるに従い徐々に低くなるようにして、ファンブレード面積を拡大し、ファン風量を増大し、冷却性能を向上させていた。さらに、反取付側のファンブレードの後縁位置は変えず、空気吐き出し側で、ファンブレードの後縁位置を傾斜させる形状として、流量を減らすことなく、ファン騒音を低減させていた。

特開２００１−３３３５５８号公報

従来の車両用交流発電機では、リング状のファンガイドを反取付側のファンブレード端面に取り付け、かつファンブレードの後縁形状を工夫して、空気が冷却ファンの端部を横切る際に発生する騒音、さらにはファンブレードの後縁側で発生する騒音を低減させていたが、ファンブレードの前縁側で発生する騒音の低減については、何ら考慮されていなかった。しかし、冷却ファンに流れ込む空気が乱れを有している場合には、圧力変動が冷却ファンの前縁側で生じ、大きな騒音が発生することになる。

この発明は、上記課題を解決するためになされたもので、乱れを有する空気が冷却ファンに流れ込むことにより顕著となる冷却ファンの前縁側での圧力変動の発生を抑制し、ファン騒音を低減できる車両用回転電機を得ることを目的とする。

この発明による車両用回転電機は、ケーシングと、上記ケーシングに回転可能に支持された回転軸に固着されて、該ケーシング内に配設された回転子と、上記ケーシングに支持されて、上記回転子を囲繞するように配設された固定子と、上記ケーシングの軸方向一側の外側に配設された整流器と、上記回転子の軸方向一側の端面に固着された冷却ファンと、を備えている。上記整流器は、上記回転軸と同軸に配設された弧形状の第１ヒートシンクベース、およびそれぞれ上記第１ヒートシンクベースの内周面から径方向内方に延出し、かつ軸方向に延在して、周方向に複数配列された第１放熱フィンを有する第１ヒートシンクと、上記第１ヒートシンクベースと離間して、かつ上記回転軸と同軸に配設された弧形状の第２ヒートシンクベース、およびそれぞれ上記第２ヒートシンクベースの外周面から径方向外方に延出し、かつ軸方向に延在して、周方向に複数配列された第２放熱フィンを有する第２ヒートシンクと、上記第１ヒートシンクベースに実装された複数の第１ダイオードと、上記第２ヒートシンクベースに実装された複数の第２ダイオードと、を有している。吸気孔が上記ケーシングの軸方向一側の端面に形成され、排気孔が上記ケーシングの外周部に形成され、上記冷却ファンが上記回転子の回転に連動して回転し、冷却空気が、上記第１放熱フィン間、および上記第２放熱フィン間を流れ、上記吸気孔から上記ケーシング内に流入し、その後遠心方向に曲げられて上記排気孔から排出される。上記冷却ファンは、上記回転子に固着されるリング平板状の取り付け基盤と、それぞれ、上記取り付け基盤の表面から立設されて周方向に複数配列され、それぞれ、外周端である後縁から内周端である前縁に向って回転方向の前方に徐々に変位する、かつ後縁側の回転方向の前方に凸の弧形状と前縁側の回転方向の後方に凸の弧形状とを滑らかに接続したＳ字状の断面形状を有するファンブレードと、を備えている。

この発明によれば、ファンブレードの前縁側の断面形状が回転方向の後方に凸の弧形状となっているので、ファンブレードの前端側の、前縁を通る回転軸の軸心を中心とする円の接線に対する空気流入側の角度が小さくなる。そこで、取り付け基盤に沿って流れてきた冷却空気がスムーズにファンブレードの前縁側に流入し、ファンブレードの前縁側での圧力変動の発生が抑制される。これにより、ファンブレードの前縁側の負圧面側での剥離の発生が抑制され、騒音源となる剥離域の大きさや剥離域内の乱れが小さくなり、ファンブレードの前縁側でのファン騒音を低減できる。

この発明の実施の形態１に係る車両用交流発電機を示す縦断面図である。 この発明の実施の形態１に係る車両用交流発電機における整流装置を軸方向から見た端面図である。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ矢視断面図である。 この発明の実施の形態１に係る車両用交流発電機における冷却ファン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における冷却ファンのファンブレード形状を説明する断面図である。 この発明の実施の形態２に係る車両用交流発電機における冷却ファンを示す斜視図である。 この発明の実施の形態３に係る車両用交流発電機における冷却ファンを示す斜視図である。 この発明の実施の形態４に係る車両用交流発電機を示す縦断面図である。 この発明の実施の形態４に係る車両用交流発電機における第１ヒートシンクを示す斜視図である。 この発明の実施の形態４に係る車両用交流発電機における第２ヒートシンクを示す斜視図である。

以下、本発明による車両用回転電機の好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係る車両用交流発電機を示す縦断面図、図２はこの発明の実施の形態１に係る車両用交流発電機における整流装置を軸方向から見た端面図、図３は図２のＩＩＩ−ＩＩＩ矢視断面図、図４はこの発明の実施の形態１に係る車両用交流発電機における冷却ファンを示す斜視図、図５はこの発明の実施の形態１に係る車両用交流発電機における冷却ファンのファンブレード形状を説明する断面図であり、ファンブレードのファン取付側（ハブ側）を回転軸と直交する平面で切った表面を示している。

図１において、車両用回転電機としての車両用交流発電機１は、それぞれ略椀形状のアルミニウム製のフロントブラケット２とリヤブラケット３とからなるケーシング４と、このケーシング４に軸受５を介して回転可能に支持された回転軸６と、ケーシング４のフロント側に延出する回転軸６の端部に固着されたプーリ７と、回転軸６に固定されてケーシング４内に配設された回転子８と、回転子８を囲繞するようにケーシング４に固定された固定子１１と、を備えている。

車両用交流発電機１は、回転軸６のリヤブラケット３からの延出端に固定され、回転子８に電流を供給する一対のスリップリング１４と、各スリップリング１４の表面に摺動する一対のブラシ１５と、リヤブラケット３の軸方向外側に配設され、これらのブラシ１５を収容するブラシホルダ１６と、固定子１１に電気的に接続され、リヤブラケット３の軸方向外側に配設され、固定子１１で生じた交流を直流に整流する整流器２０と、リヤブラケット３の軸方向外側に配設され、固定子１１で生じた交流電圧の大きさを調整する電圧調整器（図示せず）と、をさらに備えている。

そして、カバー１７が、ブラシホルダ１６、整流器２０および電圧調整器を覆うようにリヤブラケット３に装着されている。また、フロント側吸気孔２ａがフロントブラケット２の端部に複数形成され、フロント側排気孔２ｂがフロントブラケット２の外周部に複数形成されている。リヤ側吸気孔３ａがリヤブラケット３の端部に複数形成され、リヤ側排気孔３ｂがリヤブラケット３の外周部に複数形成されている。さらに、吸気孔１８が、カバー１７の端部に整流器２０と相対するように複数形成されている。

回転子８は、励磁電流が流されて磁束を発生する界磁コイル９と、界磁コイル９を覆うように設けられ、その磁束によって１２個の磁極が形成されるポールコア１０と、ポールコア１０の軸心位置に貫装された回転軸６と、を備えている。冷却ファン３０がポールコア１０の軸方向両端面に溶接などにより固着されている。

固定子１１は、例えば磁性鋼板を積層して円環状に作製され、３６個のスロットが内周側に開口するように等角ピッチで配列され、フロントブラケット２およびリヤブラケット３に軸方向両側から挟持されて、回転子８のポールコア１０の外周面との間に均一なギャップを確保してポールコア１０を囲繞するように配設された固定子鉄心１２と、固定子鉄心１２に巻装された固定子巻線１３と、を備えている。

整流器２０は、図２および図３に示されるように、正極側ダイオード２１と、負極側ダイオード２２と、正極側ダイオード２１を支持する第１ヒートシンク２３と、負極側ダイオード２２を支持する第２ヒートシンク２６と、を備えている。

第１ヒートシンク２３は、例えばアルミなどの良好な熱伝導性を有する金属材料を用いて作製され、予め設定された軸方向長さおよび肉厚を有し、軸方向と直交する断面が円弧状の筒体に形成された第１ヒートシンクベース２４と、第１ヒートシンクベース２４の内周面から、周方向に等角ピッチで放射状に立設され、それぞれ軸方向に延在する複数の第１放熱フィン２５と、を有する。そして、正極側ダイオード２１が、第１ヒートシンクベース２４の外周面に、周方向に互いに離間して配置されて、例えば半田接合により固着されている。

第２ヒートシンク２６は、例えばアルミなどの良好な熱伝導性を有する金属材料を用いて作製され、予め設定された軸方向長さおよび肉厚を有し、軸方向と直交する断面が円弧状の筒体に形成された第２ヒートシンクベース２７と、第２ヒートシンクベース２７の外周面から、周方向に等角ピッチで放射状に立設され、それぞれ軸方向に延在する複数の第２放熱フィン２８と、を有する。そして、負極側ダイオード２２が、第２ヒートシンクベース２７の内周面に、周方向に互いに離間して配置されて、例えば半田接合により固着されている。なお、第２ヒートシンクベース２７の内径は、第１ヒートシンクベース２４の外径より大きく形成されている。

そして、第１ヒートシンク２３が、第１ヒートシンクベース２４を、ブラシホルダ１６とともにスリップリング１４を囲繞し、かつ回転軸６と同軸にリヤブラケット３の軸方向外側に配設されている。また、第２ヒートシンク２６が、第１ヒートシンク２３の径方向外側に、かつ回転軸６と同軸にリヤブラケット３の軸方向外側に配設されている。なお、正極側および負極側ダイオード２１，２２は、正極側ダイオード２１と負極側ダイオード２２とを直列に接続してなる３つのダイオード対によるダイオードブリッジを構成するように接続されている。

冷却ファン３０は、遠心ファンであり、図４および図５に示されるように、ポールコア１０の軸方向両端面に固着されるリング平板状の取り付け基盤３１と、それぞれ、取り付け基盤３１の反取り付け側の表面に立設されて周方向に複数配列されたファンブレード３２と、周方向に配列されたファンブレード３２の後縁側の反取付側の端面に取り付けられたリング平板状のファンプレート３３と、を備える。

ファンブレード３２は、取り付け基盤３１の表面に直角に立設されている。そして、ファンブレード３２は、図５に示されるように、中心が回転方向３４の後方に位置する後縁側の円弧形状と、中心が回転方向３４の前方に位置する前縁側の円弧形状とを滑らかに接続した、外周端である後縁から内周端である前縁に向って回転方向３４の前方に徐々に変位するＳ字状の断面形状に形成されている。さらに、ファンブレード３２のファン高さｈが、図１に示されるように、前縁からファンプレート３３の内周端に向って徐々に高くなっている。

つぎに、車両用交流発電機１の動作について説明する。なお、車両用交流発電機１では、１２極、３６スロットの３相交流発電機として動作するが、極数、スロット数はこれに限定されない。

車両用交流発電機１では、電流がバッテリ（図示せず）からブラシ１５およびスリップリング１４を介して回転子８の界磁コイル９に供給され、磁束が発生される。この磁束により、Ｎ極とＳ極とがポールコア１０の外周面に周方向に交互に形成される。一方、エンジンの回転トルクがエンジンの出力軸からベルトおよびプーリ７を介して回転軸６に伝達され、回転子８が回転される。そこで、回転磁界が固定子１１の固定子巻線１３に与えられ、起電力が固定子巻線１３に発生する。この起電力で発生する交流電流が整流器２０で整流されて、バッテリを充電し、あるいは電気負荷に供給される。

冷却ファン３０は、回転子８の回転に連動して回転する。フロント側では、冷却空気がフロント側吸気孔２ａからフロントブラケット２内に吸気され、軸方向に回転子８近傍まで流れ、そこで、冷却ファン３０により遠心方向に曲げられ、フロント側排気孔２ｂから排出される。リヤ側では、冷却空気が吸気孔１８からカバー１７内に吸気され、第１および第２放熱フィン２５，２８間を通ってリヤブラケット３まで流れ、リヤ側吸気孔３ａからリヤブラケット３内に吸気され、軸方向に回転子８近傍まで流れ、そこで、冷却ファン３０により遠心方向に曲げられ、リヤ側排気孔３ｂから排出される。

固定子巻線１３で発生する熱が、コイルエンドから、冷却ファン３０により径方向外方に曲げられてフロント側およびリヤ側排気孔２ｂ，３ｂから排出される冷却空気に放熱され、固定子１１が冷却される。また、正極側および負極側ダイオード２１，２２で発生する熱が、第１および第２放熱フィン２５，２８間を流通する冷却空気に放熱され、整流器２０が冷却される。

ここで、整流器２０をリヤブラケット３の軸方向外側に配置することにより顕著となる、ファンブレード３２の回転軸６に近い前縁側で発生する騒音について説明する。

第１および第２ヒートシンク２３，２６は、ケーシング４内の収納スペースや、それらを製造する金型の構造上の制約などの要因により、第１および第２放熱フィン２５，２８のフィン長さおよびフィン間隔が異なる。その結果、第１および第２放熱フィン２５，２８の形状が流動抵抗に及ぼす影響（抵抗係数）が異なる。抵抗係数が異なると、流動抵抗が同じになるように冷却空気の速度が変化するため、第１および第２放熱フィン２５，２８間を流れる冷却空気の速度が異なる。そして、第１および第２放熱フィン２５，２８間を流通した冷却空気は、リヤ側吸気孔３ａ近傍で合流することになる。速度の異なる冷却空気が合流すると、速度差による剪断力が生じ、冷却空気に乱れが生じる。そして、乱れを有する冷却空気がリヤ側吸気孔３ａからリヤブラケット３内に吸気され、冷却ファン３０に吸い込まれる。冷却空気に含まれる乱れにより、特にファンブレード３２の前縁側で大きな圧力変動が発生し、大きな騒音が発生する。

また、リヤ側吸気孔３ａの外周縁部が、径方向に関して、第２ヒートシンクベース２７と同じ位置、若しくは内方に位置していれば、第２放熱フィン２８間を流通した冷却空気は、リヤブラケット３の端面に衝突し、流れの向きを径方向内方に変えられる。さらに、第２ヒートシンク２６とリヤブラケット３の端面との間の隙間が狭いと、当該隙間の抵抗係数が大きくなる。そこで、リヤブラケット３の端面に衝突し、流れの向きを径方向内方に変えられて、当該隙間を流通する冷却空気の流速が増大する。これにより、当該隙間を流通した冷却空気と第１放熱フィン２５間を流通した冷却空気との速度差が大きくなり、合流した冷却空気に大きな乱れが生じる。したがって、冷却ファン３０の前縁側で発生する騒音がさらに大きくなる。

つぎに、ファンブレードの前縁側で発生する騒音とファンブレードの断面形状との関係について説明する。なお、ファンブレードの断面形状とは、ファンブレードを回転軸６の軸心と直交する平面で切った表面形状である。

まず、外周端である後縁から内周端である前縁に向って回転方向３４の前方に徐々に変位するファンブレードの断面形状が直線的な断面形状である場合と、中心が回転方向３４の後方に位置する円弧形状の断面形状である場合とを比較する。

円弧形状の断面形状を有するファンブレードは、直線的な断面形状を有するファンブレードに比べて、前縁を通る回転軸６の軸心を中心とする円の接線に対する空気流入側の角度が大きくなる。そこで、円弧形状の断面形状を有するファンブレードでは、冷却空気が前端側からスムーズに流入できず、前縁側の負圧面側（回転方向３４の後方）に剥離域が形成され、剥離域の大きさの変動や剥離域内の乱れによって、騒音が発生しやすくなる。そして、前縁側に流入する冷却空気に乱れが含まれていると、剥離域の大きさの変動や剥離域内の乱れが増幅され、大きな騒音となる。

しかし、円弧形状の断面形状を有するファンブレードは、直線的な断面形状を有するファンブレードに比べて、後縁を通る回転軸６の軸心を中心とする円の接線に対する空気流出側の角度が小さくなる。そこで、円弧形状の断面形状を有するファンブレードでは、ファンブレードの後縁の負圧面側（回転方向３４の後方）での剥離の発生を抑制できる。特に、円弧形状の断面形状のファンブレードは、高速回転時に、当該剥離域で発生する乱流騒音を抑制できる。

本冷却ファン３０のファンブレード３２は、中心が回転方向３４の後方に位置する後縁側の円弧形状と、中心が回転方向３４の前方に位置する前縁側の円弧形状とを滑らかに接続したＳ字状の断面形状に形成されている。

そこで、ファンブレード３２は、直線的な断面形状を有するファンブレードに比べて、前縁を通る回転軸６の軸心を中心とする円の接線に対する空気流入側の角度が小さくなる。これにより、ファンブレード３２は、冷却空気が前縁側からスムーズに流入でき、剥離域が前縁側の負圧面側に形成されにくくなるので、ファンブレード３２の前縁側での騒音の発生が抑制される。
また、ファンブレード３２は、一つの円弧形状の断面形状を有するファンブレードと同様に、剥離域が後縁側の負圧面側に形成されにくくなるので、ファンブレード３２の後縁側での騒音の発生が抑制される。

このように、冷却ファン３０は、ファンブレード３２の前縁側および後縁側で発生する騒音を低減できる。

ここで、冷却空気は、取り付け基盤３１の表面に沿ってファンブレード３２の前縁側から流入するとともに、ファンブレード３２の前縁とファンプレート３３の内周端との間から流入する。そして、ファンブレード３２の前縁とファンプレート３３の内周端との間から流入する冷却空気は、リヤ側吸気孔３ａから吸入された軸方向の流れを有しており、ファンブレード３２の前縁とファンプレート３３の内周端との間から流入して半径方向の流れに変えられる。これにより、騒音発生の要因となる剥離域が、ファンブレード３２の前縁側の負圧面側に加えて、ファンブレード３２の前縁とファンプレート３３の内周端との間の負圧面側にも形成される。

冷却ファン３０では、ファンブレード３２のファン高さｈが、前縁からファンプレート３３の内周端に向って徐々に高くなっているので、冷却空気は、流れ方向が少し半径方向に向いた状態でファンブレード３２の前縁とファンプレート３３の内周端との間から流入する。そこで、ファンブレード３２の前縁とファンプレート３３の内周端との間の負圧面側に発生する剥離域や剥離域の中の乱れが減少され、騒音を低減することができる。

このように、この実施の形態１によれば、ファンブレード３２の前縁側の負圧面側での騒音源となる剥離域や剥離域内の乱れの発生を抑制でき、ファンブレード３２の前縁側で発生する騒音を低減できる。

また、リング平板状のファンプレート３３が、周方向に配列されたファンブレード３２の後縁側の反取付側の端面に取り付けられているので、ファンブレード３２の端面が空気を切ることにより生じる回転数の整数倍の周波数を持つ騒音の発生を抑制できる。

なお、上記実施の形態１では、ファンブレードは、中心が回転方向の後方に位置する後縁側の円弧形状と、中心が回転方向の前方に位置する前縁側の円弧形状とを滑らかに接続した、後縁から前縁に向って回転方向の前方に徐々に変位するＳ字状の断面形状に形成されているものとしているが、ファンブレードは、後縁側の回転方向の前方に凸の弧形状と、前縁側の回転方向の後方に凸の弧形状とを滑らかに接続した、後縁から前縁に向って回転方向の前方に徐々に変位するＳ字状の断面形状に形成されていればよい。例えば、後縁側の回転方向の前方に凸の弧形状を、中心が回転方向の後方に位置する一つの円弧形状で構成してもよく、あるいは中心が回転方向の後方に位置する複数の円弧形状で構成してもよい。同様に、前縁側の回転方向の後方に凸の弧形状を、中心が回転方向の前方に位置する一つの円弧形状で構成してもよく、あるいは中心が回転方向の前方に位置する複数の円弧形状で構成してもよい。

また、上記実施の形態１では、正極側ダイオードが内周側に配置される第１ヒートシンクに実装され、負極側ダイオードが外周側に配置される第２ヒートシンクに実装されるものとしているが、正極側ダイオードを外周側に配置される第２ヒートシンクに実装し、負極側ダイオードを内周側に配置される第１ヒートシンクに実装してもよい。

また、実施の形態１では、ファンプレート３３がある場合について説明したが、ファンのチップ側の対向するブラケット面に凹凸が小さい場合、ファンプレート３３による騒音低減効果が小さくなるため、ファンプレート３３を取り付けないことがある。そのような場合においても、中心が回転方向の後方に位置する後縁側の円弧形状と、中心が回転方向の前方に位置する前縁側の円弧形状とを滑らかに接続した、後縁から前縁に向って回転方向の前方に徐々に変位するＳ字状の断面形状とし、ファンブレード３２のファン高さｈを前縁からファンチップに向かって徐々に高くすることで、ファンブレード３２の前縁からファンチップの間の負圧面側に発生する剥離域や剥離域の中の乱れを減少でき、騒音を低減することができる。

また、上記実施の形態１では、第１および第２ヒートシンクベースの軸方向と直交する断面が円弧形状に形成されている場合について説明したが、第１および第２ヒートシンクベースは、軸方向と直交する断面が多角やＵ字の弧形状に形成されてもよい。
また、上記実施の形態１では、正極側ダイオードが第１ヒートシンクベースの外周面に実装され、負極側ダイオードが第１ヒートシンクベースの外周側に配設された第２ヒートシンクベースの内周面に実装されている場合について説明したが、正極側ダイオードが第１ヒートシンクベースの内周面に実装され、負極側ダイオードが第１ヒートシンクベースの外周側に配設された第２ヒートシンクベースの外周面に実装されてもよい。

実施の形態２．
図６はこの発明の実施の形態２に係る車両用交流発電機における冷却ファンを示す斜視図である。

図６において、冷却ファン３０Ａは、ポールコア１０の軸方向両端面に固着されるリング平板状の取り付け基盤３１と、それぞれ、取り付け基盤３１の反取り付け側の表面に立設されて周方向に複数配列されたファンブレード３２Ａと、周方向に配列されたファンブレード３２Ａの後縁側の反取付側の端面に取り付けられたリング平板状のファンプレート３３と、を備える。

ファンブレード３２Ａは、取り付け基盤３１の表面に直角に立設されている。そして、ファンブレード３２Ａは、外周端である後縁から内周端である前縁に向って回転方向の前方に徐々に変位する、中心が回転方向の後方に位置する円弧形状の断面形状に形成されている。切り欠き３５が、ファンブレード３２Ａの前縁の取り付け基盤３１からの立ち上がり部を三角形に切り欠いて形成されている。さらに、ファンブレード３２Ａのファン高さが、前縁からファンプレート３３の内周端に向って徐々に高くなっている。
なお、実施の形態２は、冷却ファン３０に替えて冷却ファン３０Ａを用いている点を除いて、上記実施の形態１と同様に構成されている。

上述したように、ファンブレードが回転方向の前方に凸の円弧形状の断面形状を有している場合、前縁を通る回転軸６の軸心を中心とする円の接線に対する空気流入側の角度が大きくなる。そこで、冷却空気がファンブレードの前端側からスムーズに流入できず、前縁側の負圧面側（回転方向の後方）に剥離域が形成される。

実施の形態２では、切り欠き３５がファンブレード３２Ａの前縁の取り付け基盤３１からの立ち上がり部に形成されているので、取り付け基盤３１の表面に沿ってファンブレード３２Ａの前縁側から流入する冷却空気の一部が切り欠き３５を通って負圧面側（回転方向の後方）に流れ込む。この正圧面側から負圧面側に流れ込む冷却空気が、回転方向の前方に凸の円弧形状の断面形状に起因してファンブレード３２Ａの前縁側の負圧面側に発生していた剥離域を縮小させる。この剥離域の縮小により、騒音源となる前縁側の負圧面側での剥離域の大きさの変動や剥離域内の乱れが減少し、前縁側で発生する騒音を低減できる。

この実施の形態２においても、ファンブレード３２Ａは、回転方向の前方に凸の円弧形状の断面形状に形成されているので、ファンブレード３２Ａの後端側で発生する騒音を低減することができる。また、ファンブレード３２Ａのファン高さｈが、前縁からファンプレート３３の内周端に向って徐々に高くなっているので、冷却空気がファンブレード３２Ａの前縁とファンプレート３３の内周端との間から流入することに起因する騒音を低減することができる。さらに、リング平板状のファンプレート３３が、周方向に配列されたファンブレード３２Ａの後縁側の反取付側の端面に取り付けられているので、ファンブレード３２Ａの端面が空気を切ることにより生じる騒音の発生を抑制できる。

なお、上記実施の形態２では、ファンブレードは、後縁から前縁に向って回転方向の前方に徐々に変位する、中心が回転方向の後方に位置する一つの円弧形状の断面形状に形成されているものとしているが、ファンブレードは、後縁から前縁に向って回転方向の前方に徐々に変位する、回転方向の前方に凸の弧形状の断面形状に形成されていればよい。例えば、回転方向の前方に凸の弧形状を、中心が回転方向の後方に位置する複数の円弧形状で構成してもよい。

また、上記実施の形態２では、切り欠きがファンブレードの前縁の取り付け基盤からの立ち上がり部を三角形に切り欠いて形成されているものとしているが、切り欠きの形状は三角形に限定されず、ファンブレードの前縁の取り付け基盤からの立ち上がり部が正圧側から負圧側に連通されていればよく、例えば四角形や半円形に切り欠いてもよい。

また、実施の形態２では、ファンプレート３３がある場合について説明したが、ファンのチップ側の対向するブラケット面に凹凸が小さい場合、ファンプレート３３による騒音低減効果が小さくなるため、ファンプレート３３を取り付けないことがある。そのような場合においても、中心が回転方向の後方に位置する後縁側の円弧形状と、中心が回転方向の前方に位置する前縁側の円弧形状とを滑らかに接続した、後縁から前縁に向って回転方向の前方に徐々に変位するＳ字状の断面形状とし、ファンブレード３２Ａのファン高さｈを前縁からファンチップに向かって徐々に高くすることで、ファンブレード３２Ａの前縁からファンチップの間の負圧面側に発生する剥離域や剥離域の中の乱れを減少でき、騒音を低減することができる。

なお、図６においては、前縁からファンチップに向かって傾斜していないファンブレードが含まれている。傾斜していないファンブレードが存在する場合、そのファンブレードの影響で騒音が大きくなるが、前述した切り欠きは騒音低減効果を消滅させることはない。

実施の形態３．
図７はこの発明の実施の形態３に係る車両用交流発電機における冷却ファンを示す斜視図である。

図７において、冷却ファン３０Ｂは、ポールコア１０の軸方向両端面に固着されるリング平板状の取り付け基盤３１と、それぞれ、取り付け基盤３１の反取り付け側の表面に立設されて周方向に複数配列されたファンブレード３２Ｂと、周方向に配列されたファンブレード３２Ｂの後縁側の反取付側の端面に取り付けられたリング平板状のファンプレート３３と、を備える。

ファンブレード３２Ｂは、取り付け基盤３１の表面に直角に立設されている。そして、ファンブレード３２Ｂは、外周端である後縁から内周端である前縁に向って回転方向の前方に徐々に変位する、中心が回転方向の後方に位置する円弧形状の断面形状に形成されている。長方形の貫通穴３６が、ファンブレード３２Ｂの前縁側、かつ取り付け基盤３１側を貫通するように形成されている。さらに、ファンブレード３２Ｂのファン高さが、前縁からファンプレート３３の内周端に向って徐々に高くなっている。
なお、実施の形態３は、冷却ファン３０に替えて冷却ファン３０Ｂを用いている点を除いて、上記実施の形態１と同様に構成されている。

実施の形態３では、貫通穴３６がファンブレード３２Ｂの前縁側、かつ取り付け基盤３１側に形成されているので、取り付け基盤３１の表面に沿ってファンブレード３２Ｂの前縁側から流入する冷却空気の一部が貫通穴３６を通って負圧面側（回転方向の後方）に流れ込む。この正圧面側から負圧面側に流れ込む冷却空気が、回転方向の前方に凸の円弧形状の断面形状に起因してファンブレード３２Ｂの前縁側の負圧面側に発生していた剥離域を縮小させる。この剥離域の縮小により、騒音源となる前縁側の負圧面側での剥離域の大きさの変動や剥離域内の乱れが減少し、前縁側で発生する騒音を低減できる。

この実施の形態３においても、ファンブレード３２Ｂは、回転方向の前方に凸の円弧形状の断面形状に形成されているので、ファンブレード３２Ｂの後縁側で発生する騒音を低減することができる。また、ファンブレード３２Ｂのファン高さｈが、前縁からファンプレート３３の内周端に向って徐々に高くなっているので、冷却空気がファンブレード３２Ｂの前縁とファンプレート３３の内周端との間から流入することに起因する騒音を低減することができる。さらに、リング平板状のファンプレート３３が、周方向に配列されたファンブレード３２Ｂの後縁側の反取付側の端面に取り付けられているので、ファンブレード３２Ｂの端面が空気を切ることにより生じる騒音の発生を抑制できる。

なお、上記実施の形態３では、ファンブレードは、後縁から前縁に向って回転方向の前方に徐々に変位する、中心が回転方向の後方に位置する一つの円弧形状の断面形状に形成されているものとしているが、ファンブレードは、後縁から前縁に向って回転方向の前方に徐々に変位する、回転方向の前方に凸の弧形状の断面形状に形成されていればよい。例えば、回転方向の前方に凸の弧形状を、中心が回転方向の後方に位置する複数の円弧形状で構成してもよい。

また、実施の形態３では、ファンプレート３３がある場合について説明したが、ファンのチップ側の対向するブラケット面に凹凸が小さい場合、ファンプレート３３による騒音低減効果が小さくなるため、ファンプレート３３を取り付けないことがある。そのような場合においても、中心が回転方向の後方に位置する後縁側の円弧形状と、中心が回転方向の前方に位置する前縁側の円弧形状とを滑らかに接続した、後縁から前縁に向って回転方向の前方に徐々に変位するＳ字状の断面形状とし、ファンブレード３２Ｂのファン高さｈを前縁からファンチップに向かって徐々に高くすることで、ファンブレード３２Ｂの前縁からファンチップの間の負圧面側に発生する剥離域や剥離域の中の乱れを減少でき、騒音を低減することができる。

なお、図７においては、前縁からファンチップに向かって傾斜していないファンブレードが含まれている。傾斜していないファンブレードが存在する場合、そのファンブレードの影響で騒音が大きくなるが、前述した貫通穴は騒音低減効果を消滅させることはない。

また、上記実施の形態３では、長方形の貫通穴をファンブレードに形成するものとしているが、貫通穴の形状は長方形に限定されず、ファンブレードの正圧側と負圧側とを連通していればよく、例えば円形でもよい。また、貫通穴の個数も１つに限定されない。
また、上記実施の形態３では、貫通穴がファンブレードの前縁側、かつ取り付け基盤側に形成されているものとしているが、貫通穴は、必ずしも前縁側、かつ取り付け基盤側に形成する必要はなく、ファンブレードの前縁側が正圧側から負圧側に連通されていればよい。

また、上記実施の形態２，３では、後縁から前縁に向って回転方向の前方に徐々に変位する、回転方向の前方に凸の弧形状の断面形状を有するファンブレードに切り欠き又は貫通穴を形成するものとしているが、後縁側の回転方向の前方に凸の弧形状と、前縁側の回転方向の後方に凸の弧形状とを滑らかに接続した、後縁から前縁に向って回転方向の前方に徐々に変位するＳ字状の断面形状を有する実施の形態１のファンブレードに切り欠き又は貫通穴を形成してもよい。

実施の形態４．
図８はこの発明の実施の形態４に係る車両用交流発電機を示す縦断面図、図９はこの発明の実施の形態４に係る車両用交流発電機における第１ヒートシンクを示す斜視図、図１０はこの発明の実施の形態４に係る車両用交流発電機における第２ヒートシンクを示す斜視図である。

図８から図１０において、整流器４０は、正極側ダイオード２１と、負極側ダイオード２２と、正極側ダイオード２１を支持する第１ヒートシンク４１と、負極側ダイオード２２を支持する第２ヒートシンク４４と、を備えている。

第１ヒートシンク４１は、例えばアルミなどの良好な熱伝導性を有する金属材料を用いて作製され、予め設定された軸方向長さおよびの肉厚を有し、軸方向と直交する断面が弧形状に形成された第１ヒートシンクベース４２と、第１ヒートシンクベース４２の内周面に互いに平行に立設されて、それぞれ軸方向に延在する複数の第１放熱フィン４３と、を有する。そして、正極側ダイオード２１が、第１ヒートシンクベース４２に、周方向に互いに離間して配置されて、例えば圧入により固着されている。

第２ヒートシンク４４は、例えばアルミなどの良好な熱伝導性を有する金属材料を用いて作製され、予め設定された軸方向長さおよび肉厚を有し、軸方向と直交する断面が弧形状に形成された第２ヒートシンクベース４５と、第２ヒートシンクベース４５の外周面に互いに平行に立設されて、それぞれ軸方向に延在する複数の第２放熱フィン４６と、を有する。そして、負極側ダイオード２２が、第２ヒートシンクベース４５に、周方向に互いに離間して配置されて、例えば圧入により固着されている。

そして、第１ヒートシンク４１と第２ヒートシンク４４は、第１ヒートシンクベース４２と第２ヒートシンクベース４５を軸方向に離間させて、リヤブラケット３の軸方向外側に、回転軸６を挟んでブラシホルダ１６と相対するように配設されている。また、第１ヒートシンク４１は、正極側ダイオード２１のリード引出方向をフロント側に向けて配設され、第２ヒートシンク４４は、第１ヒートシンク４１のフロント側に、負極側ダイオード２２のリード引出方向をリヤ側に向けて配設されている。なお、正極側および負極側ダイオード２１，２２は、正極側ダイオード２１と負極側ダイオード２２とを直列に接続してなる６つのダイオード対によるダイオードブリッジを構成するように接続されている。

また、詳細には図示されていないが、固定子鉄心１２には７２個のスロットが内周側に開口するように配設され、固定子巻線１３は２組の３相交流巻線により構成されている。そして、２組の３相交流巻線が、それぞれ、整流器４０により整流されるようになっている。このように構成された車両用交流発電機１Ａは、１２極、７２スロットの３相交流発電機として動作する。

なお、他の構成は、上記実施の形態１と同様に構成されている。

このように構成された車両用交流発電機１Ａにおいて、リヤ側では、冷却空気が、冷却ファン３０の回転により、吸気孔１８からカバー１７内に吸気され、第１および第２放熱フィン４３，４６間を通ってリヤブラケット３まで流れ、リヤ側吸気孔３ａからリヤブラケット３内に吸気され、軸方向に回転子８近傍まで流れる。そして、回転子８近傍まで流れてきた冷却空気は、冷却ファン３０により遠心方向に曲げられ、リヤ側排気孔３ｂから排出される。このとき、第１放熱フィン４３間を通過した冷却空気と第２放熱フィン４６間を通過した冷却空気とが合流することに起因して、冷却空気に乱れが生じる。

この実施の形態４においても、冷却ファン３０を用いているので、上記実施の形態１と同様に、冷却空気の乱れに起因してファンブレード３２の前縁側で発生する騒音を低減できる。

ここで、この実施の形態４では、冷却ファン３０を用いているが、冷却ファン３０に替えて冷却ファン３０Ａ，３０Ｂを用いてもよいことはいうまでもないことである。

なお、上記各実施の形態では、車両用交流発電機について説明しているが、車両用回転電機は、車両用交流発電機に限定されず、例えば車両用電動発電機でもよい。
また、上記各実施の形態では、正極側ダイオードと負極側ダイオードのリード引出方向が逆方向の場合について説明しているが、正極側ダイオードと負極側ダイオードのリード引出方向を同方向としてもよい。

Claims (4)

1. ケーシングと、
   上記ケーシングに回転可能に支持された回転軸に固着されて、該ケーシング内に配設された回転子と、
   上記ケーシングに支持されて、上記回転子を囲繞するように配設された固定子と、
   上記ケーシングの軸方向一側の外側に配設された整流器と、
   上記回転子の軸方向一側の端面に固着された冷却ファンと、を備え、
   上記整流器は、
   上記回転軸と同軸に配設された弧形状の第１ヒートシンクベース、およびそれぞれ上記第１ヒートシンクベースの内周面から径方向内方に延出し、かつ軸方向に延在して、周方向に複数配列された第１放熱フィンを有する第１ヒートシンクと、
   上記第１ヒートシンクベースと離間して、かつ上記回転軸と同軸に配設された弧形状の第２ヒートシンクベース、およびそれぞれ上記第２ヒートシンクベースの外周面から径方向外方に延出し、かつ軸方向に延在して、周方向に複数配列された第２放熱フィンを有する第２ヒートシンクと、
   上記第１ヒートシンクベースに実装された複数の第１ダイオードと、
   上記第２ヒートシンクベースに実装された複数の第２ダイオードと、を有し、
   吸気孔が上記ケーシングの軸方向一側の端面に形成され、
   排気孔が上記ケーシングの外周部に形成され、
   上記冷却ファンが上記回転子の回転に連動して回転し、冷却空気が、上記第１放熱フィン間、および上記第２放熱フィン間を流れ、上記吸気孔から上記ケーシング内に流入し、その後遠心方向に曲げられて上記排気孔から排出される車両用回転電機において、
   上記冷却ファンは、
   上記回転子に固着されるリング平板状の取り付け基盤と、
   それぞれ、上記取り付け基盤の表面から立設されて周方向に複数配列され、それぞれ、外周端である後縁から内周端である前縁に向って回転方向の前方に徐々に変位する、かつ後縁側の回転方向の前方に凸の弧形状と前縁側の回転方向の後方に凸の弧形状とを滑らかに接続したＳ字状の断面形状を有するファンブレードと、を備えていることを特徴とする車両用回転電機。
2. ケーシングと、
   上記ケーシングに回転可能に支持された回転軸に固着されて、該ケーシング内に配設された回転子と、
   上記ケーシングに支持されて、上記回転子を囲繞するように配設された固定子と、
   上記ケーシングの軸方向一側の外側に配設された整流器と、
   上記回転子の軸方向一側の端面に固着された冷却ファンと、を備え、
   上記整流器は、
   上記回転軸と同軸に配設された弧形状の第１ヒートシンクベース、およびそれぞれ上記第１ヒートシンクベースの内周面から径方向内方に延出し、かつ軸方向に延在して、周方向に複数配列された第１放熱フィンを有する第１ヒートシンクと、
   上記第１ヒートシンクベースと離間して、かつ上記回転軸と同軸に配設された弧形状の第２ヒートシンクベース、およびそれぞれ上記第２ヒートシンクベースの外周面から径方向外方に延出し、かつ軸方向に延在して、周方向に複数配列された第２放熱フィンを有する第２ヒートシンクと、
   上記第１ヒートシンクベースに実装された複数の第１ダイオードと、
   上記第２ヒートシンクベースに実装された複数の第２ダイオードと、を有し、
   吸気孔が上記ケーシングの軸方向一側の端面に形成され、
   排気孔が上記ケーシングの外周部に形成され、
   上記冷却ファンが上記回転子の回転に連動して回転し、冷却空気が、上記第１放熱フィン間、および上記第２放熱フィン間を流れ、上記吸気孔から上記ケーシング内に流入し、その後遠心方向に曲げられて上記排気孔から排出される車両用回転電機において、
   上記冷却ファンは、
   上記回転子に固着されるリング平板状の取り付け基盤と、
   それぞれ、上記取り付け基盤の表面から立設されて周方向に複数配列され、それぞれ、外周端である後縁から内周端である前縁に向って回転方向の前方に徐々に変位する、かつ回転方向の前方に凸の弧形状の断面形状を有するファンブレードと、
   上記ファンブレードの前端の上記取り付け基盤からの立ち上がり部に形成された切り欠きと、を備えていることを特徴とする車両用回転電機。
3. ケーシングと、
   上記ケーシングに回転可能に支持された回転軸に固着されて、該ケーシング内に配設された回転子と、
   上記ケーシングに支持されて、上記回転子を囲繞するように配設された固定子と、
   上記ケーシングの軸方向一側の外側に配設された整流器と、
   上記回転子の軸方向一側の端面に固着された冷却ファンと、を備え、
   上記整流器は、
   上記回転軸と同軸に配設された弧形状の第１ヒートシンクベース、およびそれぞれ上記第１ヒートシンクベースの内周面から径方向内方に延出し、かつ軸方向に延在して、周方向に複数配列された第１放熱フィンを有する第１ヒートシンクと、
   上記第１ヒートシンクベースと離間して、かつ上記回転軸と同軸に配設された弧形状の第２ヒートシンクベース、およびそれぞれ上記第２ヒートシンクベースの外周面から径方向外方に延出し、かつ軸方向に延在して、周方向に複数配列された第２放熱フィンを有する第２ヒートシンクと、
   上記第１ヒートシンクベースに実装された複数の第１ダイオードと、
   上記第２ヒートシンクベースに実装された複数の第２ダイオードと、を有し、
   吸気孔が上記ケーシングの軸方向一側の端面に形成され、
   排気孔が上記ケーシングの外周部に形成され、
   上記冷却ファンが上記回転子の回転に連動して回転し、冷却空気が、上記第１放熱フィン間、および上記第２放熱フィン間を流れ、上記吸気孔から上記ケーシング内に流入し、その後遠心方向に曲げられて上記排気孔から排出される車両用回転電機において、
   上記冷却ファンは、
   上記回転子に固着されるリング平板状の取り付け基盤と、
   それぞれ、上記取り付け基盤の表面から立設されて周方向に複数配列され、それぞれ、外周端である後縁から内周端である前縁に向って回転方向の前方に徐々に変位する、かつ回転方向の前方に凸の弧形状の断面形状を有するファンブレードと、
   上記ファンブレードの前端側に形成された貫通穴と、を備えていることを特徴とする車両用回転電機。
4. 上記ファンブレードは、ファン高さが、前端から後縁側に向って漸次高くなるように形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の車両用回転電機。

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