JP4497090B2

JP4497090B2 - 車両用交流発電機

Info

Publication number: JP4497090B2
Application number: JP2005367318A
Authority: JP
Inventors: 稔尚青島
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2005-12-21
Filing date: 2005-12-21
Publication date: 2010-07-07
Anticipated expiration: 2025-12-21
Also published as: JP2007174774A; US20070138879A1; US7633196B2

Description

本発明は、乗用車やトラック等に搭載される車両用交流発電機に関する。

近年、車両走行抵抗の低減のためのスラントノーズ化や、車室内居住空間の確保のニーズからエンジンルームがますます狭小化する中で、車両用交流発電機の搭載スペースに余裕がなくなってきている。また、燃費向上のためエンジン回転は下げられ車両用交流発電機の回転も下がっている。しかしその一方で、安全制御機器等の電気負荷の増加が求められ、ますます発電能力の向上が求められている。即ち小型で高出力の車両用交流発電機を安価に提供することが求められている。

また、車外騒音低減の社会的要請や、車室内静粛性向上による商品性向上の狙いから、近年ますますエンジン騒音が低下してきており、比較的高速で回転する補機、とりわけ車両用交流発電機の騒音が耳につきやすい状況となってきた。

従来、ハウジングの冷却風吐出窓近傍の形状を改良することにより、騒音を低減したり、冷却性を向上したりする各種の技術が知られている。例えば、冷却風吐出窓を形成するリブを流線形にすることにより冷却風の抵抗を低減して冷却風の流れを円滑にする従来構造（例えば、特許文献１参照。）や、ハウジングに設けられた支持部（サポート部）近傍のリブの傾斜を工夫することにより冷却風の抵抗を低減して冷却風量を増加させた従来構造（例えば、特許文献２参照。）などが知られている。
特開２０００−６９７１４号公報（第３−４頁、図１−８）特開平７−７９５４３号公報（第４−５頁、図１−８）

ところで、上述した特許文献１、２に開示された従来構造では、ハウジングに形成されたリブや支持部の周辺における冷却風の抵抗を低減する工夫がなされているが、その分冷却風量が増すためファン騒音低減の効果が少ないという問題があった。特に、冷却風吐出窓と支持部の境界では、回転子と一体になって回転するファンによって発生する冷却風の流れが急変しているためこれに伴う風圧の急変が生じてファン騒音の原因となるが、このようなファン騒音については特に考慮されているわけではない。

本発明は、このような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、ファン騒音を低減することができ、しかも冷却性を維持することができる車両用交流発電機を提供することにある。

上述した課題を解決するために、本発明の車両用交流発電機は、回転軸と一体的に回転する回転子と、回転子の外周に対向して配置された固定子と、回転軸と一体的に回転して回転軸のほぼ半径方向に冷却風を発生させて固定子を冷却する冷却ファンと、回転子を収容して回転軸を回転自在に支持するとともに周方向に複数の冷却風吐出窓を形成する複数のリブと固定子を支持するために用いられる複数の支持部とが形成されたハウジングとを備ており、ハウジングに形成された複数のリブは、回転軸の径方向に対して傾斜しており、複数のリブの傾斜角は、隣接する２つの支持部のそれぞれの近傍で大きく、隣接する２つの支持部から離れた位置で小さく設定されている。リブの傾斜を支持部近傍で大きく、離れた位置で小さくすることにより、冷却風吐出窓と支持部の境界で生じる冷却風の流れの急変を緩和することができるため、風圧の変化の程度を弱めることが可能になり、支持部と冷却風吐出窓の境界部で発生するファン騒音を低減することができる。

また、上述した複数のリブの傾斜角は、少なくとも回転子の回転方向後端側の壁面が、支持部近傍で大きく、支持部から離れた位置で小さく設定されていることが望ましい。あるいは、上述した複数のリブの傾斜角は、少なくとも回転子の回転方向前端側の壁面が、支持部近傍で大きく、支持部から離れた位置で小さく設定されていることが望ましい。このように、支持部近傍における冷却風吐出窓を区画するリブの側面の傾斜角を支持部内壁面に沿った向きに近づけることにより、支持部近傍での冷却風の流れの急変を緩和することが可能となる。

また、上述した複数のリブの傾斜角は、支持部から離れるにしたがって徐々に小さくなるように設定されていることが望ましい。このようにリブの傾斜角を徐々に変化させることにより、支持部からの距離に応じた回転子の回転方向に沿った風圧変化をさらになだらかにすることができ、ファン騒音をさらに低減することが可能となる。

また、上述したハウジングの周壁内周面における複数のリブのそれぞれの周方向幅は、回転子の回転方向に沿って徐々に小さくなるように設定されていることが望ましい。これにより、冷却風がそれぞれの冷却風吐出窓を通して排出される際に発生する耳障りなファン騒音の特定次数成分を低減することができる。

以下、本発明を適用した一実施形態の車両用交流発電機について、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、一実施形態の車両用交流発電機の全体構造を示す断面図である。図１に示すように、本実施形態の車両用交流発電機１は、回転子２、固定子３、フロント側ハウジング４、リヤ側ハウジング５、ブラシ装置６、整流装置７、電圧調整器８、プーリ９等を含んで構成されている。

回転子２は、絶縁処理された銅線を円筒状かつ同心状に巻き回した界磁巻線２１を、それぞれが６個あるいは８個の爪部を有する界磁鉄心２２、２３によって、回転軸２４を通して両側から挟み込んだ構造を有している。また、フロント側（プーリ９側）の界磁鉄心２２の端面には、フロント側から吸い込んだ冷却風を軸方向および径方向に吐き出すために軸流式又は軸流式と遠心式を混合した冷却ファン２５が溶接等によって取り付け固定されている。同様に、リヤ側の界磁鉄心２３の端面には、リヤ側から吸い込んだ冷却風を径方向に吐き出すための遠心式の冷却ファン２６が溶接等によって取り付け固定されている。

回転軸２４のリヤ側には界磁巻線２１の両端に電気的に接続されたスリップリング２７、２８が形成されており、ブラシ装置６内のブラシ６１、６２をスリップリング２７、２８のそれぞれに押し当てた状態で組み付けることにより、整流装置７から界磁巻線２１に対して励磁電流が流れるようになっている。

固定子３は、固定子鉄心３１に形成された複数個のスロットに、三相の固定子巻線３２が所定間隔で巻き回されている。整流装置７は、固定子３の三相の固定子巻線３２の出力電圧である三相交流を整流して直流出力を得るためのものであり、所定の間隔で固定される正極側放熱板および負極側放熱板と、それぞれの放熱板に半田付け等によって取り付けられた複数個の整流素子とを含んで構成されている。

フロント側ハウジング４およびリヤ側ハウジング５は、上述した回転子２および固定子３を収納しており、回転子２が回転軸２４を中心に回転可能な状態で支持されているとともに、回転子２の界磁鉄心２２、２３の外側に所定の隙間を介して配置された固定子３が固定されている。この固定子３の固定は、回転子２の回転方向に沿って等間隔に設けられた４箇所の支持部４２０にボルト３４を通して締め付けることにより行われる。

電圧調整器８は、界磁巻線２１に流す励磁電流を制御することにより車両用交流発電機１の出力電圧を調整するためのものであり、電気負荷と発電量とに応じて変化する出力電圧をほぼ一定に維持する。プーリ９は、エンジン（図示せず）の回転を車両用交流発電機１内の回転子２に伝えるためのものであり、回転軸２４の一方端（スリップリング２７等と反対側）にナット９１によって締め付け固定されている。また、ブラシ装置６、整流装置７、電圧調整器８を覆うように、これらを保護するリヤカバー９２が取り付けられている。

上述した構造を有する車両用交流発電機１は、ベルト等を介してプーリ９にエンジンからの回転が伝えられると回転子２が所定方向に回転する。このとき、界磁巻線２１に励磁電圧を印加することにより界磁鉄心２２、２３のそれぞれの爪部が励磁され、固定子巻線３２に三相交流電圧を発生させることができ、整流装置７の出力端子からは所定の直流電流が取り出される。

また、上述した回転子２の回転に伴って、一方の界磁鉄心２２の端面に取り付けられた冷却ファン２５が回転するため、プーリ９側に設けられたフロント側ハウジング４の吸入口４４０を介して冷却風が車両用交流発電機１の内部に吸入され、この冷却風の軸方向成分によって界磁巻線２１が冷却されるとともに、径方向成分によって固定子巻線３２の前方のコイルエンドが冷却される。

同様に、上述した回転子２の回転に伴って、他方の界磁鉄心２３の端面に取り付けられた冷却ファン２６も回転するため、リヤカバー９２の吸入口を介して吸入された冷却風が、整流装置７あるいは電圧調整器８を冷却した後に、リヤ側ハウジング５の吸入口５４０を介して冷却ファン２６まで導かれ、この冷却風が径方向に排出されて、固定子巻線３２の後方のコイルエンドが冷却される。

次に、リヤ側ハウジング５の詳細について説明する。図２は、リヤ側ハウジング５の平面図である。図１および図２に示すように、リヤ側ハウジング５は、回転子２に対向する位置に設けられて軸受けを収納する軸受け収納部５００と、車両用交流発電機１をエンジンブロック（図示せず）に取り付けるために使用されるステー５１０と、このステー５１０の根元部分近傍２箇所とそれ以外の２箇所の合計４箇所の側面に等間隔に配置された４つの支持部５２０とを有している。各支持部５２０は、ボルト収納部を有しており、フロント側ハウジング４内に固定子３の一部を収納した状態で、各支持部５２０のボルト収納部にボルト３４を通して締め付けることにより、固定子３が固定される。

また、リヤ側ハウジング５は、４つの支持部５２０の間に回転子２の回転に伴って冷却ファン２６から吐出された冷却風を通過する複数の冷却風吐出窓５５０を形成する複数のリブ５３０が配置されている。図２に示すように、リブ５３０は回転子２の冷却風がスムーズに吐出されるように、回転子２の回転方向に沿って外周部にいくほど回転方向前端側（下流側）に傾斜している。

図２に示す例では、隣接する２つの支持部５２０の間に配置されたリブ５３０の回転方向後端側（上流側）の壁面の角度（回転軸２４を中心とした径方向に対する回転子２の回転方向後端側の壁面の傾斜角）を、一方の支持部５２０から他方の支持部５２０に向かって回転方向に沿って順にθａ、θｂ、θｃ、θｄ、θｅ、θｆとすると、支持部５２０近傍のθａ、θｆが大きく、支持部５２０から離れた位置のθｃ、θｄが小さく設定されている。より具体的には、支持部５２０から離れるにしたがって徐々に小さく、すなわち、θａ＞θｂ＞θｃおよびθｆ＞θｅ＞θｄの関係を満たすようにリブ５３０の回転方向後端側の壁面の角度が設定されている。

また、隣接する２つの支持部５２０の間に配置されたリブ５３０の回転方向前端側（下流側）の壁面の角度（回転軸２４を中心とした径方向に対する回転子２の回転方向前端側の壁面の傾斜角）を、一方の支持部５２０から他方の支持部５２０に向かって回転方向に沿って順にθ_A、θ_B、θ_C、θ_D、θ_E、θ_Fとすると、支持部５２０近傍のθ_A、θ_Fが大きく、支持部５２０から離れた位置のθ_C、θ_Dが小さく設定されている。より具体的には、支持部５２０から離れるにしたがって徐々に小さく、すなわち、θ_A＞θ_B＞θ_Cおよびθ_F＞θ_E＞θ_Dの関係を満たすようにリブ５３０の回転方向前端側の壁面の角度が設定されている。

また、隣接する２つの支持部５２０の間では、回転子２の回転方向上流側から下流側に向かってリブ５３０の幅（リア側ハウジング５の周壁内周面における周方向幅）が次第に増加するように設定することが望ましい。隣接する２つの支持部５２０の間に配置されたリブ５３０を回転方向に沿って順にａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅとすると、この順に各リブ５３０の幅が減少するように設定することが望ましい。

このように、リブ５３０の傾斜を支持部５２０近傍で大きく、離れた位置で小さくすることにより、冷却風吐出窓５５０と支持部５２０の境界で生じる冷却風の流れの急変を緩和することができるため、風圧の変化の程度を弱めることが可能になり、支持部５２０と冷却風吐出窓５５０の境界部で発生するファン騒音を低減することができる。具体的には、各リブ５３０の回転方向後端側および回転方向前端側の壁面の径方向に対する傾斜角が、支持部５２０近傍で大きく、支持部５２０から離れた位置で小さく設定されており、支持部５２０近傍における冷却風吐出窓５５０を区画するリブ５３０の側面の傾斜角を支持部５２０内の壁面に沿った向きに近づけることにより、支持部５２０近傍での冷却風の流れの急変を緩和することが可能となる。特に、各リブ５３０の傾斜角を支持部５２０から離れるにしたがって徐々に小さくなるように設定することにより、支持部５２０からの距離に応じた回転子３の回転方向に沿った風圧変化をさらになだらかにすることができ、ファン騒音をさらに低減することが可能となる。

また、リア側ハウジング５の周壁内周面における各リブ５３０のそれぞれの周方向幅を、回転子３の回転方向に沿って徐々に小さくなるように設定した場合には、冷却風がそれぞれの冷却風吐出窓５５０を通して排出される際に発生する耳障りなファン騒音の特定次数成分を低減することができる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々の変形実施が可能である。例えば、上述した実施形態では、リヤ側ハウジング５のリブ５３０および冷却風吐出窓５５０について本発明を適用したが、リヤ側ハウジング５の代わりにあるいはリヤ側ハウジング５とともにフロント側ハウジング４のリブおよび冷却風吐出窓について本発明を適用するようにしてもよい。

また、上述した実施形態では、リヤ側ハウジング５の複数のリブ５３０の周方向幅が、回転子２の回転方向上流から下流に向かって徐々に狭くなるように設定することが望ましいとしたが、反対に、回転方向上流から下流に向かって徐々に広くなるように設定してもよい。この場合にも同様に特定次数のファン騒音を確実に低減することができる。

一実施形態の車両用交流発電機の全体構造を示す断面図である。リヤ側ハウジングの平面図である。

符号の説明

１車両用交流発電機
２回転子
３固定子
４フロント側ハウジング
５リヤ側ハウジング
６ブラシ装置
７整流装置
８電圧調整器
９プーリ
５１０ステー
５２０支持部
５３０リブ
５５０冷却風吐出窓

Claims

回転軸と一体的に回転する回転子と、前記回転子の外周に対向して配置された固定子と、前記回転軸と一体的に回転して前記回転軸のほぼ半径方向に冷却風を発生させて前記固定子を冷却する冷却ファンと、前記回転子を収容して前記回転軸を回転自在に支持するとともに周方向に複数の冷却風吐出窓を形成する複数のリブと前記固定子を支持するために用いられる複数の支持部とが形成されたハウジングとを備える車両用交流発電機において、
前記ハウジングに形成された前記複数のリブは、前記回転軸の径方向に対して傾斜しており、
前記複数のリブの傾斜角は、隣接する２つの前記支持部のそれぞれの近傍で大きく、隣接する２つの前記支持部から離れた位置で小さく設定されていることを特徴とする車両用交流発電機。
請求項１において、
前記複数のリブの傾斜角は、少なくとも前記回転子の回転方向後端側の壁面が、前記支持部近傍で大きく、前記支持部から離れた位置で小さく設定されていることを特徴とする車両用交流発電機。
請求項１において、
前記複数のリブの傾斜角は、少なくとも前記回転子の回転方向前端側の壁面が、前記支持部近傍で大きく、前記支持部から離れた位置で小さく設定されていることを特徴とする車両用交流発電機。
請求項１〜３のいずれかにおいて、
前記複数のリブの傾斜角は、前記支持部から離れるにしたがって徐々に小さくなるように設定されていることを特徴とする車両用交流発電機。
請求項１〜４のいずれかにおいて、
前記ハウジングの周壁内周面における前記複数のリブのそれぞれの周方向幅は、前記回転子の回転方向に沿って徐々に小さくなるように設定されていることを特徴とする車両用交流発電機。