JPWO2016189699A1 - 車両用交流発電機の回転子 - Google Patents

Abstract

この発明に係わる車両用交流発電機の回転子（１００）は、磁極鉄心（２，３）と、磁極鉄心（２，３）に巻装される界磁コイル（４）と、磁極鉄心（２，３）に固定された冷却ファン（１０）とを備える車両用交流発電機の回転子（１００）であって、冷却ファン（１０）は、磁極鉄心（２，３）の軸方向端面に固着された基部（１２０）と、基部（１２０）より軸方向に立設された複数の翼部（１１０）と、複数の翼部（１１０）の根元部から離間した位置の基部（１２０）に設けられ、翼部（１１０）の延在方向と平行に配置されるベースリブ（１２１）とから構成されたものである。この発明に係わる車両用交流発電機の回転子（１００）は、信頼性及び静粛性の両立を実現できる。

Description

この発明は、自動車やトラック等に搭載される車両用交流発電機の回転子に関するものである。

近年、車外騒音低減や車室内静粛化が進み、エンジン騒音は低下してきており、これに伴い比較的高速で回転する補機である車両用交流発電機の騒音が以前に増して問題視されてきている。

対策の一つとして、車両用交流発電機の回転子に備わった冷却ファンが回転する際の、冷却ファンのベース部とブレード（羽根）部とに構成されるリブ部による乱流を、リブ部を無くすことで円滑な流れとしたものが公知である(例えば、特許文献１参照)。

一方、ブレードには回転により遠心力が作用する。この際の、外径方向の力を受けて倒れこむことの対策として、翼部の内周側に設ける切欠きを爪の径方向向きと直角に工夫したものが示される(例えば、特許文献２参照)。

特に、ファン音の次数分散を考慮して不等ピッチを採用することでファンブレードの一部しか磁極爪に対応していない強度の低いブレードを設定せざるを得ない場合などでは、ファンブレード根元のＲ寸法の２．２倍以下の長さの切欠きとすることで対応可能とされる。

特許第３２７９２５８号公報 特許第４５４４３０９号公報

上述した従来の車両用交流発電機の回転子においては、リブを全て無くすことで、乱流を抑制したファンを得ようとすると、実際は、板金成形製品であるファンの強度が足りず、車両で継続的に回転されて用いられる車両用交流発電機の回転子としては、信頼性に問題があり実現できない。

その信頼性向上のため、特許文献２の、遠心力による翼部の変形量を許容値以下に収めるとされる直角をなす切欠きを適応する場合、長さ設定の基となる曲げＲ寸法自体、一定に確保できるものでなく、現実的でない。

また、切欠き自体は、シャフト周りに複数が略同一径の位置に設けられており、隣接する切欠き間で亀裂が生じて破損に至ることが容易に想定されている。つまりベース部の強度の確保が困難となるという問題があった。

この発明は、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、その目的は、信頼性及び静粛性の両立を実現できる車両用交流発電機の回転子を提供するものである。

この発明に係わる車両用交流発電機の回転子は、磁極鉄心と、前記磁極鉄心に巻装される界磁コイルと、前記磁極鉄心に固定された冷却ファンとを備える車両用交流発電機の回転子であって、前記冷却ファンは、前記磁極鉄心の軸方向端面に固着された基部と、前記基部より軸方向に立設された複数の翼部と、前記複数の翼部の根元部から離間した位置の前記基部に設けられ、前記翼部の延在方向と平行に配置されるベースリブとから構成されたものである。

この発明に係る車両用交流発電機の回転子によれば、回転使用に耐える強度を確保できると共に大きな乱流を引き起こさなく、信頼性及び静粛性の向上を図ることができる車両用交流発電機の回転子を得ることができる。

この発明の実施の形態１に係わる車両用交流発電機の回転子を示す断面図である。 この発明の実施の形態１に係わる車両用交流発電機の回転子におけるリア側の冷却ファンを示す側面図である。 この発明の実施の形態１に係わる車両用交流発電機の回転子における冷却ファンの要部を示す要部拡大図である。 この発明の実施の形態１に係わる車両用交流発電機の回転子の図３のＩＶ−ＩＶ線における断面図である。 この発明の実施の形態２に係わる車両用交流発電機の回転子における冷却ファンの要部を示す要部断面図である。 この発明の実施の形態３に係わる車両用交流発電機の回転子におけるリア側の冷却ファンを示す側面図である。

実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１を図１から図４に基づいて説明するが、各図において、同一、または相当部材、部位については同一符号を付して説明する。図１はこの発明の実施の形態１に係わる車両用交流発電機の回転子を示す断面図である。図２はこの発明の実施の形態１に係わる車両用交流発電機の回転子におけるリア側の冷却ファンを示す側面図である。図３はこの発明の実施の形態１に係わる車両用交流発電機の回転子における冷却ファンの要部を示す要部拡大図である。図４はこの発明の実施の形態１に係わる車両用交流発電機の回転子の図３のＩＶ−ＩＶ線における断面図である。

この実施の形態１における回転子１００は、図示しない車両用交流発電機のフレームに回転可能に支持されており、車両に搭載されたエンジンによって回転駆動される。この回転子１００は、回転軸１と、この回転軸１に嵌着されるランデル型の一対の磁極鉄心２，３と、これらの磁極鉄心２，３に樹脂ボビン５を介して巻装される界磁コイル４と、磁極鉄心２，３のそれぞれの軸方向端面に固着される冷却ファン９，１０を含んで構成されている。

リア側の磁極鉄心３は、回転軸１と一体になって回転する円柱形状のボス部３１と、このボス部３１と一体形成されてボス部３１の一方の軸方向端面（リア側の冷却ファン１０が固着された軸方向外端部）から径方向外側に延在するディスク部３２と、このディスク部３２と一体形成されてディスク部３２の外周部分から個別に軸方向に延在する複数（例えば８個）の磁極爪３３とを有している。なお、フロント側の磁極鉄心２もリア側の磁極鉄心３とほぼ同じ形状を有している。

一対の磁極鉄心２，３は、複数の磁極爪３３を交互に噛み合わせた状態で組み立てられている。また、磁極鉄心２，３のボス部３１とディスク部３２と磁極爪３３とで囲まれた空間に、上述した樹脂ボビン５とこれに巻装された界磁コイル４とが収納されている。界磁コイル４には、スリップリング７，８を介して界磁電流が流される。これにより、磁極鉄心２，３は、一方がＮ極に、他方がＳ極に磁化される。

次に、リア側の磁極鉄心３の軸方向端面に固着される冷却ファン１０について詳細に説明する。図２は、リア側の冷却ファン１０の詳細形状を示す図であり、回転子１００をスリップリング７，８側から見た形状が示されている。

図２に示すように、冷却ファン１０は、外径方向に向かうに従い回転子１００の回転方向Ｒに対し反回転方向に湾曲した曲面形状を成して不等角度ピッチで配置されて軸方向に沿って立設された７個の翼部（以下、ファンブレードと称す）１１０と、これらのファンブレード１１０を保持するとともに磁極鉄心３の軸方向端面に固着された基部（以下、ファンベースと称す）１２０とを有している。この冷却ファン１０は、回転子１００と一体的に回転することで発熱部（例えば、図示しない整流装置や固定子の巻線等）を冷却する冷却風を発生させる。

ファンベース１２０は、磁極鉄心３の軸方向端面に例えば７ヶ所の溶接部１２２で溶接されて固着される。また、ファンベース１２０の回転軸１周りには界磁コイル４の端部（図示せず）とスリップリング７，８との接続部４１の逃がしとなる開口部１２３が形成されている。

また、ファンベース１２０のファンブレード１１０の内径側（中心軸に近い側）には、ファンブレード１１０を切り起こす際の応力を緩和する目的で、ファンブレード１１０のそれぞれに対応して細溝形状の切欠き部１２４が設けられている。

次に、本願発明の主要部であるベースリブ１２１について、図３、図４を用いて説明する。
ベースリブ１２１は、夫々ファンブレード１１０の根元に連続するファンベース１２０に、ファンブレード１１０から離間して単立で設けられる。ファンブレード１１０が立設する根元部はＲ形状を有しており（図４）、そこから所定の距離離れて底部リブの形状としてドーム状のベースリブ１２１が形成される。通常、ファンブレード１１０付近は冷却空気の流れが速く、リブがその速い流れに平行に配されると流れを乱して大きな騒音を発生してしまうが、ファンブレード１１０から離れてファンベース１２０のみにベースリブ１２１を設けるので、このような問題が引き起こされる恐れがない。

また、少なくとも、切欠き部１２４の最内周側位置の半径ｒ１から最外周側位置の半径ｒ２までの範囲（図２参照）にわたるよう設けられる。この構成により、切欠き部位に集中発生する亀裂、変形を回避することが可能となる。すなわち、図３の拡大図からもわかるように、ベースリブ１２１は、少なくとも切欠き部１２４の径方向内周側から径方向外周側に向けて設けられ、翼部であるファンブレード１１０の外周側の基部であるファンベース１２０は平坦に構成されている。

さらに、開口部１２３が径方向に延びて設けられて強度が低下する恐れがある部位についても、ベースリブ１２１によって、強度を向上できる。

また、ベースリブ１２１はファンブレード１１０が構成される方向と平行に設けられる。なお、ここでの平行とは、ほぼブレードに沿った方向に延びていればよく、ファンブレード１１０が曲面形状であっても必ずしも同一形状をなす必要はない。

以上のように、この発明の実施の形態１の車両用交流発電機の回転子によれば、ファンブレード根元から離間して配されるベースリブ１２１がファンブレードと無関係にファンベースの強度を確保し、ファンベースに亀裂が生じることを抑制すると共に、翼と平行に延びることで乱流をごく小さくした回転子を実現でき、信頼性及び静粛性の向上を図ることができる。

実施の形態２．
この発明の実施の形態２を図５に基づいて説明するが、図において、同一、または相当部材、部位については同一符号を付して説明する。図５はこの発明の実施の形態２に係わる車両用交流発電機の回転子における冷却ファンの要部を示す要部断面図である。

上述した実施の形態１においては、底部リブの形状としてドーム状のベースリブ１２１が形成された場合について述べたが、これに限定されるものではなく、例えば図５に示すように、ドーム状の一部に平坦面が構成されたベースリブ１２１としてもよく、上述した実施の形態１と同様の効果を奏する。また、ベースリブ１２１の大きさについても単一ではなく、それぞれ適したものとして実施してもよい。

実施の形態３．
この発明の実施の形態３を図６に基づいて説明するが、図において、同一、または相当部材、部位については同一符号を付して説明する。図６はこの発明の実施の形態３に係わる車両用交流発電機の回転子におけるリア側の冷却ファンを示す側面図である。

この実施の形態３においては、他のファンブレードに適応した例で、例えば、回転方向に凹と凸がなめらかに連続するファンブレード２１０で構成される冷却ファン１０の例を図６に示している。ファンベース２２０に設けるベースリブ２２１が、細溝形状の切欠き部２２４が渡る範囲に設けられること等、上述した各実施の形態と同様である。

図６に示すように、ファンブレード２１０が完全に磁極鉄心３の軸端面に乗っていない状態のファンブレード２１０であっても、その根元のファンベース２２０において強度が確保され、切欠き部２２４の相互間の亀裂によるファンブレード２１０の飛散を回避することができる。

また、ベースリブ２２１はファンブレード２１０の外径側には設けられないので、より風速が速く風の流れが乱れやすい外径側における冷却効率を低下させない。

また、上述した各実施の形態においては、リア側の冷却ファン１０についてのみ説明したが、フロント側の冷却ファン９についても同様にこの発明を適用することができ、同様の効果を奏する。

また、上述した各実施の形態においては、不等角度ピッチで配置されるファンブレードを有する冷却ファンについて説明したが、等角度ピッチで配置されるファンブレードを有する冷却ファンについても同様にこの発明を適用することができ、同様の効果を奏する。

なお、この発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

この発明は、信頼性及び静粛性の向上を図ることができる車両用交流発電機の回転子の実現に好適である。

Claims (3)

1. 磁極鉄心と、前記磁極鉄心に巻装される界磁コイルと、前記磁極鉄心に固定された冷却ファンとを備える車両用交流発電機の回転子であって、
   前記冷却ファンは、前記磁極鉄心の軸方向端面に固着された基部と、前記基部より軸方向に立設された複数の翼部と、前記複数の翼部の根元部から離間した位置の前記基部に設けられ、前記翼部の延在方向と平行に配置されるベースリブとから構成されたことを特徴とする車両用交流発電機の回転子。
2. 前記基部には、前記基部の一部であって前記翼部の内周側に切欠き部が形成されたことを特徴とする請求項１に記載の車両用交流発電機の回転子。
3. 前記ベースリブは、少なくとも前記切欠き部の径方向内周側から径方向外周側に向けて設けられ、前記翼部の外周側の前記基部は平坦であることを特徴とする請求項２に記載の車両用交流発電機の回転子。
   

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